“貴陽地鐵盾構(gòu)工程中，使用了我們的‘火眼金睛’超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)和‘聽波聰耳’地層特征識(shí)別系統(tǒng)，可以成功探測出前方地下的破碎帶、溶洞和地下含水體等不良地質(zhì)情況。徐州地鐵和新疆某引水工程使用了我們的‘超級(jí)巧鼻’有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)，有效預(yù)報(bào)了有毒氣體地層，避免了人員中毒與盾體爆燃等風(fēng)險(xiǎn)；濟(jì)南地鐵使用了“號(hào)脈靈手”同步注漿檢測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了隧道管片后的漿液厚度不足情況，及時(shí)補(bǔ)漿，確保管片壁后密實(shí)、質(zhì)量可靠。還有廣州地鐵等全國多家地鐵集團(tuán)前來咨詢學(xué)習(xí)，部分企業(yè)已經(jīng)表達(dá)了強(qiáng)烈的引進(jìn)愿望，濟(jì)南智慧盾構(gòu)技術(shù)正快速向全國市場推廣。”近日，山東大學(xué)齊魯交通學(xué)院院長、高端工程機(jī)械智能制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任李利平教授告訴記者，在濟(jì)南地鐵成功應(yīng)用后，順利經(jīng)過市場及工程檢驗(yàn)，濟(jì)南“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)火熱出圈，頗受行業(yè)內(nèi)外關(guān)注，已經(jīng)有兩臺(tái)搭載全套智慧盾構(gòu)技術(shù)的盾構(gòu)機(jī)被客戶預(yù)定，預(yù)計(jì)年底下線始發(fā)。不少地鐵企業(yè)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地質(zhì)情況需要，分別搭載一種或多種智慧盾構(gòu)裝備，盾構(gòu)智能化水平逐步提升，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)智慧盾構(gòu)“換道超車”。
“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)更趨完善
2022年9月17日，“濟(jì)南造”盾構(gòu)機(jī)搭載“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)，在濟(jì)南軌道交通6號(hào)線鳳凰路站開始了智慧掘進(jìn)之旅的嘗試。今年4月，在成功護(hù)航盾構(gòu)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)218天后，智慧盾構(gòu)技術(shù)得到了實(shí)踐檢驗(yàn)，確保施工區(qū)間順利貫通。
李利平告訴記者，濟(jì)南有世界獨(dú)有的泉域環(huán)境和水文地質(zhì)條件，地鐵施工面臨泉水保護(hù)、穿越斷裂帶、下穿采空區(qū)、超大規(guī)模孤石群等重大技術(shù)難題，對(duì)盾構(gòu)安全施工和災(zāi)害防控提出了更高要求。為了攻克建設(shè)期間面臨的諸多難題，山東大學(xué)聯(lián)合濟(jì)南軌道交通集團(tuán)，圍繞盾構(gòu)智慧掘進(jìn)領(lǐng)域，共同設(shè)計(jì)制造了“五官一腦”高端智能系列化搭載裝備，為盾構(gòu)機(jī)裝上“眼睛”“耳朵”和“鼻子”，全面提升“濟(jì)南造”盾構(gòu)機(jī)的智能感知能力，通過“大腦”中樞的智能決策，大幅降低盾構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)，更有效地適應(yīng)復(fù)雜多變的施工環(huán)境和高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，提升盾構(gòu)裝備智能化水平。
目前，“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)經(jīng)過實(shí)踐改進(jìn)后更趨成熟。所謂“五官一腦”主要包括“火眼金睛”“聽波聰耳”“超級(jí)巧鼻”“鋼牙神經(jīng)”“號(hào)脈靈手”和“人工智腦”六套智慧系統(tǒng)。
“火眼金睛”超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，主要功能是探測盾構(gòu)機(jī)前方50—80米隱伏的溶洞、地層破碎帶、地下含水體等不良地質(zhì)情況，幫助盾構(gòu)施工人員有效避免地下突水、涌砂等重大災(zāi)害。在濟(jì)南地鐵施工實(shí)踐中，“火眼金睛”成功探測出7處地層破碎帶和多處地下含水體、溶洞等，效果非常顯著。
“聽波聰耳”地層特征識(shí)別系統(tǒng)，如同給盾構(gòu)機(jī)安裝上一雙聽聲辨位的順風(fēng)耳，根據(jù)盾構(gòu)刀盤的振動(dòng)信號(hào)，科學(xué)識(shí)別開挖面地層強(qiáng)度、復(fù)合地層界面分布特征等，指導(dǎo)優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，降低施工沉降風(fēng)險(xiǎn)。在穿越鐵路、既有隧道、大型建筑物時(shí)，效果特別明顯。
“超級(jí)巧鼻”有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)，能夠“聞氣嗅險(xiǎn)”，高精度監(jiān)測16種有毒有害氣體及環(huán)境參數(shù)，有效預(yù)報(bào)前方含有有毒氣體的地層，超前防控人員中毒與盾體爆燃等風(fēng)險(xiǎn)。在地鐵施工實(shí)踐中，有一次因工人焊接作業(yè)時(shí)有害氣體含量超標(biāo)，“超級(jí)巧鼻”就進(jìn)行了報(bào)警提示，并針對(duì)性提出嚴(yán)控作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等建議，保障了綠色安全施工。
“鋼牙神經(jīng)”滾刀磨損監(jiān)測系統(tǒng)，相當(dāng)于給盾構(gòu)機(jī)嵌入了“鋼牙神經(jīng)”，能夠感知“齲害”，通過電磁互感實(shí)時(shí)獲取滾刀磨損狀態(tài)，精準(zhǔn)分析開倉換刀的時(shí)機(jī)，避免盲目開倉帶來風(fēng)險(xiǎn)，為換刀決策提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，提高了施工效率。
“號(hào)脈靈手”同步注漿檢測系統(tǒng)，能夠?qū)倓傃b好的隧道管片背后注漿情況進(jìn)行精準(zhǔn)檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)注漿脫空、不密實(shí)等缺陷的具體位置，確保施工質(zhì)量，助力后期地鐵安全運(yùn)營。在濟(jì)南地鐵施工中，“號(hào)脈靈手”發(fā)現(xiàn)了20多片管片背后存在漿液厚度不足的缺陷，指導(dǎo)施工人員及時(shí)補(bǔ)漿。
“人工智腦”輔助決策支撐系統(tǒng)，可以綜合調(diào)取和分析上述“五官”收集的數(shù)據(jù)，達(dá)到“控險(xiǎn)減災(zāi)”的效果，為施工決策提供參考。
通過在濟(jì)南地鐵實(shí)戰(zhàn)嘗試后，研發(fā)人員改進(jìn)了滾刀磨損監(jiān)測裝備與刀箱一體化“鋼牙神經(jīng)”設(shè)計(jì)方案，提高了裝備的耐久性；優(yōu)化有毒氣體監(jiān)測裝備和“人工智腦”的安裝位置，提升了空間的利用率；計(jì)劃提升“號(hào)脈靈手”同步注漿監(jiān)測系統(tǒng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。“通過以上改進(jìn)，濟(jì)南智慧盾構(gòu)技術(shù)更趨完善，能更好地滿足客戶的需要，助力‘濟(jì)南造’盾構(gòu)機(jī)更好地?fù)屨既珖袌觥?rdquo;李利平說。
靈活組合搭配出多種“智慧效果”
“我國自主研發(fā)的盾構(gòu)技術(shù)借鑒了國外的經(jīng)驗(yàn)，并取得了長足的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了彎道超車，殊為不易。不過，現(xiàn)在世界上的盾構(gòu)施工大多依靠經(jīng)驗(yàn)判斷問題，而盾構(gòu)技術(shù)人員數(shù)量不足，制約著盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如果能像醫(yī)院給人看病那樣，通過相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確診斷病情并及時(shí)治療，防止病情惡化，就可以避免后期進(jìn)行更大的‘手術(shù)’。‘五官一腦’就相當(dāng)于醫(yī)院的檢測儀器，能對(duì)前方不可預(yù)知的地層情況進(jìn)行精準(zhǔn)檢測和分析、超前預(yù)警，使盾構(gòu)施工更加安全高效。”山東大學(xué)齊魯交通學(xué)院副教授王旌說。
據(jù)介紹，濟(jì)南智慧盾構(gòu)技術(shù)在濟(jì)南地鐵工程成功嘗試后，引起國內(nèi)很多城市地鐵集團(tuán)和業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注。目前，國內(nèi)高校和相關(guān)企業(yè)在智能建造方面也有部分嘗試，但大多停留在試驗(yàn)階段。濟(jì)南特殊的泉域水文地質(zhì)條件為山東大學(xué)提供了充足的創(chuàng)新土壤，再加上濟(jì)南軌道交通集團(tuán)的大力支持，才成功研發(fā)出濟(jì)南“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)。目前，濟(jì)南正初步形成了智慧盾構(gòu)“研發(fā)-生產(chǎn)-推廣”一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條，市場上沒有強(qiáng)有力的競爭對(duì)手。
“其實(shí)，‘五官一腦’智慧盾構(gòu)技術(shù)整體使用效果最好，但同樣適合單一或者幾項(xiàng)組合使用，這就給客戶提供了多種組合方式。根據(jù)不同城市的不同地質(zhì)條件，客戶可以選用不同的組合，以達(dá)到最佳的效果。”王旌告訴記者，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，盾構(gòu)隧道綠色、高效、智能建造成為新的發(fā)展趨勢，智慧盾構(gòu)也向著智能化、數(shù)字化、無人化方向發(fā)展，并拓展到更廣闊的領(lǐng)域，比如超大直徑盾構(gòu)、超小直徑盾構(gòu)、TMB等領(lǐng)域，為穿江越海隧道、電力管網(wǎng)隧道、水工隧道等的智能安全施工提供技術(shù)支撐。
目前，山東大學(xué)已經(jīng)承擔(dān)了濟(jì)南地鐵、廣州地鐵、貴陽地鐵、濟(jì)南黃河隧道、青島膠州灣第二海底隧道等工程項(xiàng)目10余項(xiàng)，并與很多建設(shè)單位建立了良好的合作關(guān)系，未來有望在他們更多的工程中推廣應(yīng)用，快速占領(lǐng)更多的“智慧盾構(gòu)市場”。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已經(jīng)確定搭載“號(hào)脈靈手”同步注漿檢測系統(tǒng)的客戶有十幾家，貴陽地鐵組合使用了“火眼金晴”超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)和“聽波聰耳”地層特征識(shí)別系統(tǒng)，徐州地鐵和新疆某引水工程使用了“超級(jí)巧鼻”有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)，濟(jì)南地鐵使用了“號(hào)脈靈手”同步注漿檢測系統(tǒng)，還有不少客戶正在對(duì)“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行考察，準(zhǔn)備結(jié)合工程地質(zhì)條件，選用不同的組合方式進(jìn)行試驗(yàn)，以取得最佳的施工效果。
