我国自主研发盾构装备智能系统问世 推动隧道掘进技术迈向自主决策新阶段

盾构机作为重大工程建设的重要装备,广泛服务于城市轨道交通、跨江跨海通道、市政管廊等基础设施建设。

随着工程规模扩大、穿越地层更加复杂,掘进施工面临的风险因素更为多元:地层不均、地下水条件变化、软硬互层频繁转换等,都可能引发地表沉降超限、姿态偏差累积、刀盘扭矩异常、推进阻力突增等连锁问题。

一旦处置不及时,不仅影响施工进度与成本,更可能对周边建(构)筑物、管线安全带来隐患,风险防控与精细化运维成为行业普遍关注的重点。

从现实情况看,盾构掘进长期依赖一线人员经验判断与人工调参。

在常规地层条件下,经验能够发挥作用;但在地质突变或信息不充分情况下,靠“看指标、凭感觉”的方式容易出现响应滞后,难以及时识别风险苗头。

究其原因,一方面,盾构掘进涉及多源传感数据与地质信息,数据量大、变化快、关联复杂,单靠人工难以实现连续、系统研判;另一方面,风险演化具有隐蔽性和耦合性,单一指标波动往往不足以直观反映潜在风险,需要将工况参数、姿态数据、地层特征等进行综合关联分析,才能形成更可靠的预判与决策依据。

此外,不同工程区域的地层条件差异明显,风险机理与应对策略难以简单套用,行业迫切需要可迁移、可迭代的智能化方法。

在这一背景下,湖南大学与中国铁建重工集团联合发布盾构掘进运维与风险防控智能体,面向复杂地质条件下的安全与效率难题,形成“状态感知—风险预警—智能决策”的闭环体系。

该智能体聚焦施工过程中关键风险点,可对地表沉降趋势进行预测,提前识别潜在塌陷风险;对卡机等隐患开展实时预警,提高异常工况的早发现、早处置能力;并能够结合多源数据给出掘进参数优化建议,使推进、注浆等关键环节的控制更趋精准,从而提升掘进稳定性与效率。

据介绍,该成果已搭载于超大直径盾构装备,体现了从技术研发到工程应用的落地进展。

业内人士认为,推动盾构掘进由“经验驱动”向“数据驱动”转变,意义不仅在于提升单台装备的运行水平,更在于为行业建立可复制的风险治理框架。

通过对掘进状态的连续感知与对风险演化的提前研判,施工组织可以更从容地安排参数调整、设备维护与应急预案,减少因突发问题导致的停机和返工,降低对周边环境的扰动。

同时,智能体在运维与风险防控方面的能力提升,有望促进装备制造、施工管理与工程安全标准的协同升级,为地下工程安全施工提供更坚实的技术支撑。

更为关键的是,产学研协同为破解行业共性难题提供了有效路径。

一方面,高校长期积累的地下工程风险机理研究与算法方法,为复杂工况识别、风险预测提供理论与技术储备;另一方面,企业在装备平台、工程数据与现场应用场景方面具有优势,能够推动技术从实验室走向工地、从模型走向系统。

双方联动,有助于把分散的工程经验沉淀为可计算、可验证、可迭代的工程知识体系,进而提升行业整体的风险治理能力。

面向未来,随着我国城市更新和重大交通水利工程持续推进,盾构施工将更多进入环境敏感区、穿越高风险地段,风险防控的要求只会更高。

业内普遍期待,相关技术在更广泛工程场景中进一步验证与完善:一是增强对多类型地层与极端工况的适应能力,提升模型的泛化与可靠性;二是推动数据标准化与接口规范化,为跨项目、跨装备的应用铺路;三是加强与现场管理体系的融合,形成从预警到处置的闭环机制,真正把“提前预判”转化为“有效行动”。

随着更多工程实践的积累,智能体有望在安全、效率、成本控制等方面释放更大价值。

盾构掘进运维与风险防控智能体的发布,是我国在关键装备智能化领域的又一项重要成果。

它不仅为盾构机这一"国家重器"装上了精准防控风险的"智慧大脑",更为复杂工程难题的解决提供了新的思路和方向。

随着我国地下空间开发建设的不断深入,随着智能化技术在工程领域的广泛应用,可以预见,像这样的创新成果将在更多的重大工程中发挥重要作用,为推动我国基础设施建设向更高质量、更高安全性的目标迈进做出贡献。