鐵路隧道智能化建造裝備技術創(chuàng)新與施工協(xié)同管理展望

1、鐵路隧道智能化建造裝備技術創(chuàng)新與施工協(xié)同管理展望摘要：隨著科學技術的發(fā)展，我國的智能化技術有了很大進展，并在鐵路隧道 工程中得到了廣泛的應用。為配合隧道實施的基于全工序機械化配套的隧道安全、 快速、高質量修建技術，即圍巖參數(shù)識別與處理系統(tǒng)、三維空間定位與量測系統(tǒng)、 大數(shù)據(jù)處理與共享系統(tǒng)、智能控制決策系統(tǒng)，是實現(xiàn)隧道全生命周期智能化的基 礎與前提;同時，運用先進的傳感技術、互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術，研 究施工協(xié)同管理平臺，借助隧道大容量通信網絡和隧道智能建造協(xié)同管理平臺， 實現(xiàn)隧道內裝備與裝備、裝備與環(huán)境、裝備與圍巖的互聯(lián)互通互動，為隧道智能 建造提供裝備保障。關鍵詞：鐵路隧道；鉆爆法；

2、智能建造；智能裝備；協(xié)同管理引言隧道是鐵路的運營中重要的管理內容，在鐵路隧道部分往往需要涉及大量的 配電設備，而配電系統(tǒng)也是其監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮作用的前提保障。在新時期環(huán)境下， 信息智能技術得到了快速的發(fā)展，這也為鐵路變配電監(jiān)控系統(tǒng)的管理和發(fā)展提供 了良好的條件，變配電監(jiān)控系統(tǒng)智能化也是其為了未來發(fā)展的趨勢，而鐵路運營 隧道智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng)如何進行具體的應用和實現(xiàn)，就是本文主要研究的內 容。1鐵路運營隧道監(jiān)控系統(tǒng)作用在新時期環(huán)境下，鐵路的發(fā)展十分迅速，高效的鐵路交通系統(tǒng)也是我國經濟 發(fā)展前提基礎保障。鐵路是我國的交通系統(tǒng)內的重要組成部分。通過鐵路運營隧 道監(jiān)控系統(tǒng)能夠對隧道內通風以及行車等情況實

3、現(xiàn)全方位動態(tài)監(jiān)控，其監(jiān)控系統(tǒng) 主要的功能是進行交通及通風的檢測，交通檢測主要是對鐵路的隧道內主要的信 息進行及時獲取，相關部門根據(jù)鐵路的隧道內信息可以對行車進行合理指導；通 風監(jiān)測主要是對隧道環(huán)境內的數(shù)據(jù)實施實時檢測和獲取，來對隧道內的風機運行 狀態(tài)進行控制，保證隧道內各項空氣的指標滿足行車需要的指標要求;操作控制在 隧道智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng)中，最重要的是操作控制部分，其也是實現(xiàn)系統(tǒng)功能 的基礎保障。系統(tǒng)操作控制主要可以分為遠程控制以及就地控制，遠程控制主要 是相關人員借助系統(tǒng)智能化手段來對目標進行遠程的控制，同時設置防誤閉鎖的 功能，這種控制方式主要使用主選控制的方式，在調度中心進行設置；就

4、地控制 主要是在各個開關柜遠方/就地的控制中切換控制的方式，就地操作采用就地控制 的按鈕，這種控制方式主要用于開關的檢修以及現(xiàn)場的調試用，是控制操作后備 使用方式，遠方控制和就地控制是相互閉鎖的，在控制中只有一種控制方式是生 效的。2智能化建造裝備及其功能以圍巖是承載的主體、穩(wěn)定超前核心土、圍巖自防水的隧道建造理念，圍 繞隧道施工作業(yè)線，充分總結施工工法與經驗，融合機、電、液、光一體化、數(shù) 字化、智能化等技術，打造鉆爆法隧道關鍵工序智能裝備體系，涵蓋了超前作業(yè)、 開挖、出碴、初期支護、二次襯砌、溝槽施作、襯砌檢測和洞碴處理等工序的隧 道裝備。3鐵路隧道智能化建造裝備技術創(chuàng)新3.1鉆爆法隧道智能

5、建造裝備支撐技術鉆爆法隧道智能建造裝備是在機械化配套的基礎上，通過集成運動和環(huán)境感 知、3D激光掃描與定位、信號采集、處理與傳輸及機器人運動與動力學控制等技 術為基礎構成的支撐技術系統(tǒng)圍巖參數(shù)識別與處理系統(tǒng)、三維空間定位與 量測系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)處理與共享系統(tǒng)、智能控制決策系統(tǒng)”。智能建造裝備支撐技術 系統(tǒng)是相互耦合、相互協(xié)同和互為反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，是構建隧道智能裝備體系的 靈魂，也是智能裝備的大腦和五官，更是實現(xiàn)隧道全生命周期智能化的前提和關 鍵。3.2多傳感信息融合的掘進狀態(tài)感知與性能評價方法開發(fā)融合高精傳感技術的智能液壓元件是實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測與智能化控制的基礎。 智能液壓元件基于高效驅動的原理嵌入大

6、量傳感、控制等精密電氣部件，實現(xiàn)控 制特性可編程，從而達到良好的控制性能。整體的傳感感知系統(tǒng)可采用總線組網 通訊，將智能液壓元件無縫嵌入主機總線網絡，實現(xiàn)元件級狀態(tài)監(jiān)測，利用激光 雷達、工業(yè)攝像頭等開發(fā)環(huán)境識別系統(tǒng)以及轉矩、位移等大量高精度傳感器開發(fā) 集成式傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)刀具磨損、掘進界面穩(wěn)定性、密封艙壓力等環(huán)節(jié)的智能感 知，從而獲取裝備的海量多元信息。基于現(xiàn)場施工和模型試驗數(shù)據(jù)，對如地質條 件、掘進參數(shù)、刀具損耗等掘進機要素進行相關性系統(tǒng)研究，分析參數(shù)之間的融 合及互饋機制，揭示巖機狀態(tài)與掘進主控參量之間的映射關系，建立典型地質條 件和不良地質條件的解釋、識別準則與方法，提出掘進機掘進性能化

7、評價方法， 實現(xiàn)巖機狀態(tài)動態(tài)評價和災害預警。3.3智能襯砌臺車襯砌臺車智能化及信息化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自動計算襯砌斷面澆注混凝土理 論所需方量，實時監(jiān)測襯砌混凝土灌注量、溫度和壓力;采用紅外線視頻實時監(jiān)視 襯砌混凝土灌注情況，實現(xiàn)臺車搭接端限位自動報警;采用本地及遠程無線遙控液 壓定位系統(tǒng)，自動生成每個襯砌循環(huán)的數(shù)據(jù)報表。自動布料系統(tǒng)優(yōu)化。自動布 料系統(tǒng)采用旋轉機構通過電機控制定位，采用PLC和無線遙控布管換位，實現(xiàn)了 混凝土帶壓入模。襯砌臺車振搗系統(tǒng)優(yōu)化。在襯砌臺車拱頂縱向設置4組自動 插入式振搗系統(tǒng)，保證了拱頂混凝土的密實度。4）襯砌臺車作業(yè)平臺優(yōu)化。主要 優(yōu)化措施為增大爬梯安裝角度、爬梯寬度

8、和平臺有效寬度，使施工作業(yè)更加便利。4施工協(xié)同組織管理展望基于協(xié)同管理平臺的裝備機群數(shù)據(jù)交互共享。應用包括云計算在內的新一 代技術，通過覆蓋隧道全程并連接地面隧道智能建造裝備協(xié)同管理平臺的互聯(lián) 網絡，實現(xiàn)施工裝備機群之間，施工裝備機群、特殊裝備（激光掃描儀、鉆機攝像 頭等）與協(xié)同管理平臺之間信息數(shù)據(jù)流與數(shù)據(jù)處理的無縫集成。設備間采用多對多 通訊模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，即同一施工設備既能作為數(shù)據(jù)發(fā)送端，又能作為數(shù)據(jù)接 收端，并能識別網絡故障和實現(xiàn)預警功能。如:鑿巖臺車將施工里程信息共享給其 他臺車，以此確定其工作區(qū)段;注漿臺車依據(jù)鑿巖臺車發(fā)送鉆孔日志中的圍巖信息， 自動規(guī)劃注漿策略等。施工裝備智能化維

9、護保養(yǎng)與健康管理。機器人化施工裝 備維護保養(yǎng)智能化，運用施工裝備狀態(tài)監(jiān)測與健康管理技術，根據(jù)施工裝備的車 載狀態(tài)監(jiān)測儀器采集系統(tǒng)運行狀態(tài)信息（在線油液、振動、電流頻譜等），并將采 集數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網反饋至隧道智能建造裝備協(xié)同管理平臺，通過互聯(lián)網+隧道智 能建造裝備協(xié)同管理平臺，將施工裝備狀態(tài)監(jiān)測儀器及技術、管理、維修人員等 納入統(tǒng)一的協(xié)同管理平臺，構建狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷知識庫，逐步實現(xiàn)隧道施工 裝備的智能化維護與保養(yǎng)，為鉆爆法隧道施工裝備的維護保養(yǎng)與健康管理提供科 學管理。施工組織調度與工程管理。利用傳感技術與監(jiān)控技術，對隧道內的人、 機、料、法、環(huán)的狀態(tài)信息向隧道智能建造裝備協(xié)同管理平臺進行實時反饋，各 隧道施工裝備均在隧道智能建造裝備協(xié)同管理平臺上進行規(guī)劃和文件管理。同時， 機器人化施工裝備機群、攝像系統(tǒng)、激光和導航設備均可從單一平臺入口進行有 效管理，施工人員可在遠處辦公地區(qū)對施工組織進行有效的管理與技術支持，輔 助操控人員實現(xiàn)各種資源的合理調配和安全管理。結束語綜上所述，今后將結合信息網絡技術和大數(shù)據(jù)等分析方法，通過隧道設計、 施工和管理智能化系統(tǒng)，最終集成為高速鐵路隧道智能化建造平臺，真正實現(xiàn)隧 道無人、自動、智能修建的美好愿