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滬杭客專公司建設(shè)、中國中鐵隧道局施工的崇太長江隧道是滬渝蓉高鐵的關(guān)鍵工程，起于江蘇省太倉市，穿越長江后止于上海市崇明區(qū)，正線長15.36 千米，工程主要包括隧道 14.25 千米、路基 1.11 千米、PC構(gòu)件中心（管片 6999 環(huán)）、無砟軌道 30.72 千米。

盾構(gòu)施工現(xiàn)場航拍

“長大高深”是該工程的顯著特征，具體體現(xiàn)在哪？

崇太長江隧道是滬渝蓉高鐵滬寧段全線唯一一座超10千米以上、工期最長的隧道。其能否盡快完工，關(guān)乎后續(xù)工程的進(jìn)場施工問題。

崇太長江隧道需獨(dú)頭掘進(jìn)11.3255千米，是全球獨(dú)頭掘進(jìn)距離最長的隧道?！蔼?dú)頭掘進(jìn)”即單方向長距離作業(yè)，對設(shè)備性能、工程風(fēng)險(xiǎn)控制和高效施工組織要求更高。

“大”即鐵路隧道盾構(gòu)直徑最大。該隧道開挖直徑15.4米，管片外徑14.8米，是全球最大直徑的高鐵盾構(gòu)隧道，這對泥水壓力的精準(zhǔn)控制、管片的拼裝質(zhì)量、隧道不滲不漏等要求更高。

盾構(gòu)隧道

要保持高時(shí)速在長江底通行，對整個(gè)隧道的設(shè)計(jì)施工都有極高要求。崇太長江隧道設(shè)計(jì)最高時(shí)速350公里，為世界行車速度最高的水下隧道，真正實(shí)現(xiàn)高鐵穿江不減速。與此同時(shí)，該隧道地處長江水下最深89米，最大水壓0.9MPa，是長江最深的江底隧道。

針對多項(xiàng)世界級工程首創(chuàng)，中鐵隧道局要面對多重困難與挑戰(zhàn)。

盾構(gòu)開始掘進(jìn)作業(yè)后，由北向南將依次穿越萬安村、長江刀鱭保護(hù)區(qū)、主航道等環(huán)境敏感區(qū)，盾構(gòu)在長江水下掘進(jìn)過程中，穿越粉細(xì)砂地層，面臨盾構(gòu)直徑超大、承受水壓超高、掘進(jìn)距離超長、地質(zhì)條件復(fù)雜、環(huán)境敏感等技術(shù)重難點(diǎn)。

據(jù)了解，崇太長江隧道修通后，將結(jié)束崇明島不通高鐵的歷史。屆時(shí)，崇明經(jīng)太倉到上海寶山站預(yù)計(jì)只要17分鐘，還將串聯(lián)起長三角城市群，對推進(jìn)長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展具有重大意義。

項(xiàng)目概況圖

面對如此復(fù)雜、困難的施工環(huán)境，中鐵隧道局科研團(tuán)隊(duì)深入鉆研，建成了“7+N”盾構(gòu)隧道智能建造 V2.0 技術(shù)體系，九大智能成果在崇太長江隧道工程常態(tài)化應(yīng)用。

在智能感知方面，通過多元感知與實(shí)時(shí)解譯技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工程地質(zhì)即時(shí)探測、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測、有害氣體實(shí)時(shí)預(yù)警、隧道結(jié)構(gòu)健康感知，為決策執(zhí)行奠定了智能化基礎(chǔ)。與以往相比，實(shí)現(xiàn)了全要素感知。

在智能設(shè)計(jì)、智能預(yù)制方面，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)，參數(shù)化、數(shù)字化設(shè)計(jì)，工程數(shù)量智能提取統(tǒng)計(jì)和一鍵成圖。更為突出的是，在工程建設(shè)所需的構(gòu)件上實(shí)現(xiàn)了智能化設(shè)計(jì)與預(yù)制。

崇太長江隧道引入了智能化生產(chǎn)線并結(jié)合信息化技術(shù)，搭建了國內(nèi)首套全數(shù)智化管片生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)鋼筋加工、自動收面、管片蒸養(yǎng)等全過程自動化與智能化。人員減少了 35%，生產(chǎn)效率提升 20%。其中無人化工序8道，占比高達(dá)67%.

崇太長江隧道預(yù)制構(gòu)件管片廠

作為“重頭戲”的智能掘進(jìn)，中鐵隧道局研發(fā)了盾構(gòu)智能掘進(jìn) I-TBM 系統(tǒng)，突破了盾構(gòu)倉內(nèi)壓力自適應(yīng)、云端預(yù)測數(shù)據(jù)自決策、掘進(jìn)姿態(tài)自巡航、環(huán)流出渣自調(diào)整等核心技術(shù)，掘進(jìn)、環(huán)流、姿態(tài)參數(shù)較人工操作更平穩(wěn)，創(chuàng)造了單月掘進(jìn)718米的最高紀(jì)錄，平均月進(jìn)度達(dá)到 600米，成功實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)算法控制的無人化掘進(jìn)的常態(tài)應(yīng)用。

“領(lǐng)航號”盾構(gòu)機(jī)始發(fā)

好馬配好鞍。為高效掘進(jìn)崇太長江隧道，中鐵隧道局量身定制了世界最大直徑高鐵盾構(gòu)機(jī)——“領(lǐng)航號”盾構(gòu)機(jī)，在耐用性、密封性、安全性、可視化等技術(shù)方面攻克了多項(xiàng)問題。

在智能安裝方面，研制了弧形件智能拼裝機(jī)器人，控制精度為0.5毫米，人員減少 50%；研制的管片輔助拼裝系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)管片自動吊運(yùn)、自動輔助拼裝，拼裝效率提高15%以上。

箱涵拼裝機(jī)器人

在智能運(yùn)輸方面，研發(fā)了長距離智能運(yùn)輸系統(tǒng)，具備人機(jī)實(shí)時(shí)定位、聲音影像實(shí)時(shí)傳輸、障礙物自動避讓功能，實(shí)現(xiàn)了車輛無人駕駛、智能調(diào)度，顯著提升了物料運(yùn)輸效率，保障了運(yùn)輸安全。

箱涵移動小車

除此之外，崇太長江隧道還在智能構(gòu)筑、智能環(huán)控、智能管控方面加大研發(fā)力度和集成應(yīng)用。

與此同時(shí)，“領(lǐng)航號”盾構(gòu)機(jī)開啟穿越萬米江底之旅過程中，將先后穿越長江刀鱭水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、主航道等環(huán)境敏感區(qū)，在生態(tài)環(huán)保方面采用了先進(jìn)的分離設(shè)備讓“漿不落地、渣不落地”。

據(jù)悉，目前“領(lǐng)航號”盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)突破2600米掘進(jìn)任務(wù)，正在下穿長江刀鱭種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，以“有人值守、無人操作”的安全平穩(wěn)姿態(tài)自主掘進(jìn)。

盾構(gòu)隧道

地下的施工熱火朝天，地上的研討成果頻出。

11月18日至19日，土木工程技術(shù)創(chuàng)新與智能建造學(xué)術(shù)研討會在滬召開。

會上發(fā)布的《中國盾構(gòu)/TBM隧道智能建造藍(lán)皮書》（下稱“藍(lán)皮書”）指出，中國目前已經(jīng)成為盾構(gòu)/TBM全球最大的生產(chǎn)國和最大的市場，2023年生產(chǎn)數(shù)量達(dá)661臺。中國盾構(gòu)/TBM裝備已經(jīng)出口海外約40個(gè)國家和地區(qū)，設(shè)備多項(xiàng)性能在海外客戶評價(jià)中名列前茅。

這樣的成果并非一蹴而就。藍(lán)皮書顯示，1965年中國制造出第一臺盾構(gòu)/TBM。1985年，中國首次引進(jìn)美國制造的開敞式盾構(gòu)/TBM，開啟了中國全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)裝備引進(jìn)。2007年，中國與法國開展裝備聯(lián)合研制，初步掌握了大直徑泥水盾構(gòu)制造技術(shù)。中鐵隧道局自2002年12月承擔(dān)國家“863”計(jì)劃，首次立項(xiàng)開展盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究，直至2008年4月成功研發(fā)出我國首臺復(fù)合盾構(gòu)“中國中鐵1號”，才拉開國產(chǎn)盾構(gòu)的序幕。而后，中國盾構(gòu)/TBM裝備走上快速發(fā)展之路。

我國首臺復(fù)合盾構(gòu)“中國中鐵1號”

藍(lán)皮書指出，“十三五”時(shí)期我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求大幅增加，盾構(gòu)/TBM年生產(chǎn)數(shù)量呈突破式增長，2022年全年生產(chǎn)數(shù)量突破700臺，年市場銷售金額約243億元。

目前，我國城市軌道交通建設(shè)盾構(gòu)法施工占比達(dá)90%以上，水下隧道盾構(gòu)法施工使用比例超過70%。中鐵隧道局崇太長江隧道項(xiàng)目總工程師李斌表示，“智能感知、智能設(shè)計(jì)、智能預(yù)制、智能掘進(jìn)”等9項(xiàng)智能建造技術(shù)，將智能化理念和技術(shù)深度嵌入崇太長江隧道建造全流程，引領(lǐng)隧道智能建造進(jìn)入新階段。

“藍(lán)皮書對于智能建設(shè)和智能制造相結(jié)合的闡釋，寫出了我國盾構(gòu)/TBM技術(shù)發(fā)展的特色，講出了我國盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和本質(zhì)?！敝袊こ淘涸菏恐x禮立表示，未來，我國將加快推進(jìn)傳統(tǒng)隧道建造方式與新質(zhì)生產(chǎn)力技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)地下空間資源開發(fā)更加安全、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)。