铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望

1、铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望摘要：随着科学技术的发展，我国的智能化技术有了很大进展，并在铁路隧道 工程中得到了广泛的应用。为配合隧道实施的基于全工序机械化配套的隧道安全、 快速、高质量修建技术，即围岩参数识别与处理系统、三维空间定位与量测系统、 大数据处理与共享系统、智能控制决策系统，是实现隧道全生命周期智能化的基 础与前提;同时，运用先进的传感技术、互联网、大数据分析和人工智能技术，研 究施工协同管理平台，借助隧道大容量通信网络和隧道智能建造协同管理平台， 实现隧道内装备与装备、装备与环境、装备与围岩的互联互通互动，为隧道智能 建造提供装备保障。关键词：铁路隧道；钻爆法；

2、智能建造；智能装备；协同管理引言隧道是铁路的运营中重要的管理内容，在铁路隧道部分往往需要涉及大量的 配电设备，而配电系统也是其监控系统发挥作用的前提保障。在新时期环境下， 信息智能技术得到了快速的发展，这也为铁路变配电监控系统的管理和发展提供 了良好的条件，变配电监控系统智能化也是其为了未来发展的趋势，而铁路运营 隧道智能化变配电监控系统如何进行具体的应用和实现，就是本文主要研究的内 容。1铁路运营隧道监控系统作用在新时期环境下，铁路的发展十分迅速，高效的铁路交通系统也是我国经济 发展前提基础保障。铁路是我国的交通系统内的重要组成部分。通过铁路运营隧 道监控系统能够对隧道内通风以及行车等情况实

3、现全方位动态监控，其监控系统 主要的功能是进行交通及通风的检测，交通检测主要是对铁路的隧道内主要的信 息进行及时获取，相关部门根据铁路的隧道内信息可以对行车进行合理指导；通 风监测主要是对隧道环境内的数据实施实时检测和获取，来对隧道内的风机运行 状态进行控制，保证隧道内各项空气的指标满足行车需要的指标要求;操作控制在 隧道智能化变配电监控系统中，最重要的是操作控制部分，其也是实现系统功能 的基础保障。系统操作控制主要可以分为远程控制以及就地控制，远程控制主要 是相关人员借助系统智能化手段来对目标进行远程的控制，同时设置防误闭锁的 功能，这种控制方式主要使用主选控制的方式，在调度中心进行设置；就

4、地控制 主要是在各个开关柜远方/就地的控制中切换控制的方式，就地操作采用就地控制 的按钮，这种控制方式主要用于开关的检修以及现场的调试用，是控制操作后备 使用方式，远方控制和就地控制是相互闭锁的，在控制中只有一种控制方式是生 效的。2智能化建造装备及其功能以围岩是承载的主体、稳定超前核心土、围岩自防水的隧道建造理念，围 绕隧道施工作业线，充分总结施工工法与经验，融合机、电、液、光一体化、数 字化、智能化等技术，打造钻爆法隧道关键工序智能装备体系，涵盖了超前作业、 开挖、出碴、初期支护、二次衬砌、沟槽施作、衬砌检测和洞碴处理等工序的隧 道装备。3铁路隧道智能化建造装备技术创新3.1钻爆法隧道智能

5、建造装备支撑技术钻爆法隧道智能建造装备是在机械化配套的基础上，通过集成运动和环境感 知、3D激光扫描与定位、信号采集、处理与传输及机器人运动与动力学控制等技 术为基础构成的支撑技术系统围岩参数识别与处理系统、三维空间定位与 量测系统、大数据处理与共享系统、智能控制决策系统”。智能建造装备支撑技术 系统是相互耦合、相互协同和互为反馈的闭环系统，是构建隧道智能装备体系的 灵魂，也是智能装备的大脑和五官，更是实现隧道全生命周期智能化的前提和关 键。3.2多传感信息融合的掘进状态感知与性能评价方法开发融合高精传感技术的智能液压元件是实现状态监测与智能化控制的基础。 智能液压元件基于高效驱动的原理嵌入大

6、量传感、控制等精密电气部件，实现控 制特性可编程，从而达到良好的控制性能。整体的传感感知系统可采用总线组网 通讯，将智能液压元件无缝嵌入主机总线网络，实现元件级状态监测，利用激光 雷达、工业摄像头等开发环境识别系统以及转矩、位移等大量高精度传感器开发 集成式传感系统，实现刀具磨损、掘进界面稳定性、密封舱压力等环节的智能感 知，从而获取装备的海量多元信息。基于现场施工和模型试验数据，对如地质条 件、掘进参数、刀具损耗等掘进机要素进行相关性系统研究，分析参数之间的融 合及互馈机制，揭示岩机状态与掘进主控参量之间的映射关系，建立典型地质条 件和不良地质条件的解释、识别准则与方法，提出掘进机掘进性能化

7、评价方法， 实现岩机状态动态评价和灾害预警。3.3智能衬砌台车衬砌台车智能化及信息化系统。该系统可自动计算衬砌断面浇注混凝土理 论所需方量，实时监测衬砌混凝土灌注量、温度和压力;采用红外线视频实时监视 衬砌混凝土灌注情况，实现台车搭接端限位自动报警;采用本地及远程无线遥控液 压定位系统，自动生成每个衬砌循环的数据报表。自动布料系统优化。自动布 料系统采用旋转机构通过电机控制定位，采用PLC和无线遥控布管换位，实现了 混凝土带压入模。衬砌台车振捣系统优化。在衬砌台车拱顶纵向设置4组自动 插入式振捣系统，保证了拱顶混凝土的密实度。4）衬砌台车作业平台优化。主要 优化措施为增大爬梯安装角度、爬梯宽度

8、和平台有效宽度，使施工作业更加便利。4施工协同组织管理展望基于协同管理平台的装备机群数据交互共享。应用包括云计算在内的新一 代技术，通过覆盖隧道全程并连接地面隧道智能建造装备协同管理平台的互联 网络，实现施工装备机群之间，施工装备机群、特殊装备（激光扫描仪、钻机摄像 头等）与协同管理平台之间信息数据流与数据处理的无缝集成。设备间采用多对多 通讯模式实现数据交互，即同一施工设备既能作为数据发送端，又能作为数据接 收端，并能识别网络故障和实现预警功能。如:凿岩台车将施工里程信息共享给其 他台车，以此确定其工作区段;注浆台车依据凿岩台车发送钻孔日志中的围岩信息， 自动规划注浆策略等。施工装备智能化维

9、护保养与健康管理。机器人化施工装 备维护保养智能化，运用施工装备状态监测与健康管理技术，根据施工装备的车 载状态监测仪器采集系统运行状态信息（在线油液、振动、电流频谱等），并将采 集数据通过互联网反馈至隧道智能建造装备协同管理平台，通过互联网+隧道智 能建造装备协同管理平台，将施工装备状态监测仪器及技术、管理、维修人员等 纳入统一的协同管理平台，构建状态监测与故障诊断知识库，逐步实现隧道施工 装备的智能化维护与保养，为钻爆法隧道施工装备的维护保养与健康管理提供科 学管理。施工组织调度与工程管理。利用传感技术与监控技术，对隧道内的人、 机、料、法、环的状态信息向隧道智能建造装备协同管理平台进行实时反馈，各 隧道施工装备均在隧道智能建造装备协同管理平台上进行规划和文件管理。同时， 机器人化施工装备机群、摄像系统、激光和导航设备均可从单一平台入口进行有 效管理，施工人员可在远处办公地区对施工组织进行有效的管理与技术支持，辅 助操控人员实现各种资源的合理调配和安全管理。结束语综上所述，今后将结合信息网络技术和大数据等分析方法，通过隧道设计、 施工和管理智能化系统，最终集成为高速铁路隧道智能化建造平台，真正实现隧 道无人、自动、智能修建的美好愿