“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)報系統(tǒng)和‘聽波聰耳’地層特征識別系統(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‘超級巧鼻’有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)，有效預(yù)報了有毒氣體地層，避免了人員中毒與盾體爆燃等風(fēng)險；濟南地鐵使用了“號脈靈手”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，及時補漿，確保管片壁后密實、質(zhì)量可靠。還有廣州地鐵等全國多家地鐵集團前來咨詢學(xué)習(xí)，部分企業(yè)已經(jīng)表達了強烈的引進愿望，濟南智慧盾構(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、高端工程機械智能制造國家重點實驗室副主任李利平教授告訴記者，在濟南地鐵成功應(yīng)用后，順利經(jīng)過市場及工程檢驗，濟南“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)有兩臺搭載全套智慧盾構(gòu)技術(shù)的盾構(gòu)機被客戶預(yù)定，預(yù)計年底下線始發(fā)。不少地鐵企業(yè)根據(jù)當?shù)氐膶嶋H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，“濟南造”盾構(gòu)機搭載“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)，在濟南軌道交通6號線鳳凰路站開始了智慧掘進之旅的嘗試。今年4月，在成功護航盾構(gòu)機運轉(zhuǎn)218天后，智慧盾構(gòu)技術(shù)得到了實踐檢驗，確保施工區(qū)間順利貫通。

　　李利平告訴記者，濟南有世界獨有的泉域環(huán)境和水文地質(zhì)條件，地鐵施工面臨泉水保護、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)合濟南軌道交通集團，圍繞盾構(gòu)智慧掘進領(lǐng)域，共同設(shè)計制造了“五官一腦”高端智能系列化搭載裝備，為盾構(gòu)機裝上“眼睛”“耳朵”和“鼻子”，全面提升“濟南造”盾構(gòu)機的智能感知能力，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，更有效地適應(yīng)復(fù)雜多變的施工環(huán)境和高標準技術(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)過實踐改進后更趨成熟。所謂“五官一腦”主要包括“火眼金睛”“聽波聰耳”“超級巧鼻”“鋼牙神經(jīng)”“號脈靈手”和“人工智腦”六套智慧系統(tǒng)。

　　“火眼金睛”超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，主要功能是探測盾構(gòu)機前方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。在濟南地鐵施工實踐中，“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”地層特征識別系統(tǒng)，如同給盾構(gòu)機安裝上一雙聽聲辨位的順風(fēng)耳，根據(jù)盾構(gòu)刀盤的振動信號，科學(xué)識別開挖面地層強度、復(fù)合地層界面分布特征等，指導(dǎo)優(yōu)化盾構(gòu)掘進參數(shù)，降低施工沉降風(fēng)險。在穿越鐵路、既有隧道、大型建筑物時，效果特別明顯。

　　“超級巧鼻”有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)，能夠“聞氣嗅險”，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。在地鐵施工實踐中，有一次因工人焊接作業(yè)時有害氣體含量超標，“超級巧鼻”就進行了報警提示，并針對性提出嚴控作業(yè)標準等建議，保障了綠色安全施工。

　　“鋼牙神經(jīng)”滾刀磨損監(jiān)測系統(tǒng)，相當于給盾構(gòu)機嵌入了“鋼牙神經(jīng)”，能夠感知“齲害”，通過電磁互感實時獲取滾刀磨損狀態(tài)，精準分析開倉換刀的時機，避免盲目開倉帶來風(fēng)險，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行精準檢測，及時發(fā)現(xiàn)注漿脫空、不密實等缺陷的具體位置，確保施工質(zhì)量，助力后期地鐵安全運營。在濟南地鐵施工中，“號脈靈手”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)施工人員及時補漿。

　　“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)，達到“控險減災(zāi)”的效果，為施工決策提供參考。

　　通過在濟南地鐵實戰(zhàn)嘗試后，研發(fā)人員改進了滾刀磨損監(jiān)測裝備與刀箱一體化“鋼牙神經(jīng)”設(shè)計方案，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；計劃提升“號脈靈手”同步注漿監(jiān)測系統(tǒng)的智能化水平，實現(xiàn)遠程控制。“通過以上改進，濟南智慧盾構(gòu)技術(shù)更趨完善，能更好地滿足客戶的需要，助力‘濟南造’盾構(gòu)機更好地搶占全國市場。”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，并取得了長足的進步，實現(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)，準確診斷病情并及時治療，防止病情惡化，就可以避免后期進行更大的‘手術(shù)’。‘五官一腦’就相當于醫(yī)院的檢測儀器，能對前方不可預(yù)知的地層情況進行精準檢測和分析、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，濟南智慧盾構(gòu)技術(shù)在濟南地鐵工程成功嘗試后，引起國內(nèi)很多城市地鐵集團和業(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，但大多停留在試驗階段。濟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，再加上濟南軌道交通集團的大力支持，才成功研發(fā)出濟南“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)。目前，濟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，市場上沒有強有力的競爭對手。

　　“其實，‘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，以達到最佳的效果。”王旌告訴記者，隨著數(shù)字經(jīng)濟時代的到來，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)了濟南地鐵、廣州地鐵、貴陽地鐵、濟南黃河隧道、青島膠州灣第二海底隧道等工程項目10余項，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，目前已經(jīng)確定搭載“號脈靈手”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)報系統(tǒng)和“聽波聰耳”地層特征識別系統(tǒng)，徐州地鐵和新疆某引水工程使用了“超級巧鼻”有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)，濟南地鐵使用了“號脈靈手”同步注漿檢測系統(tǒng)，還有不少客戶正在對“五官一腦”智慧盾構(gòu)技術(shù)進行考察，準備結(jié)合工程地質(zhì)條件，選用不同的組合方式進行試驗，以取得最佳的施工效果。