党报荐读｜给盾构机装上“五官”和“大脑”，山东大学以科技助力穿黄隧道建设

仲秋时节，黄河济南段波光粼粼，裹挟着泥沙的河水缓缓东去。空中俯瞰，济南黄岗路黄河隧道如一条龙横卧河底，南北两端出入口从大堤下方穿出。8月下旬，隧道正式建成通车后，黄河两岸通行时间从40多分钟压缩到5分钟。

黄河济南段河床高出南岸城区地面约5米，是典型的“地上悬河”。在河底打通一条直径17.5米的隧道，如同在盛满水的玻璃杯底部插入一根吸管，布设管道需严控扰动，保障河床与结构稳定。

承担隧道掘进任务的“山河号”盾构机，要长距离穿越粉质黏土、钙质结核、胶结砂层等复杂地层。头顶是“悬河”，脚下是地下水，施工控制不当，极易引发开挖面失稳等风险，施工难度呈几何式增长。

隧道贯通背后，山东大学主导研发的系列智能装备与支撑决策系统，为盾构机安装上了“五官”和“大脑”。

黄河底下挖隧道有两个“最怕”

采访山东大学齐鲁交通学院院长李利平时，他没有先讲技术参数，而是讲了一个“吃包子”的比喻。

“盾构机掘进时，大部分遇到的是粉质黏土，就像吃包子一样，软软的，咬着没问题。但穿黄隧道的地层里，藏着钙质结核体发育群，硬得像钢丝。一口咬下去，牙齿就崩了。”

钙质结核是穿黄工程特有的难题，尺寸不大，分布零散，传统探测手段很难提前发现。一旦刀盘碰上密集的结核群，刀具磨损会明显加剧，极端情况下会影响刀盘稳定与开挖面安全，造成施工停滞。

“黄河底下挖隧道，最怕两件事：一是地底下突然冒出来的硬东西，二是隧道管片背后没填实。”李利平说，穿黄隧道深埋于黄河河床之下，头顶是几十米厚的土层和数米深的河水，隧道管片承受着巨大的水压。如果注浆不密实，管片背后出现空洞，可能引发管片上浮、变形乃至渗漏水问题。

“五官”各司其职，信息汇入“一脑”

“五官一脑”正是要解决这两个“最怕”。

其中的“火眼金睛”超前地质预报系统，相当于给盾构机装了一双能透视的眼睛，提前探测前方地层，识别钙质结核密集发育区域。

“钢牙神经”滚刀磨损监测系统，则像给盾构机的“牙齿”装上了神经，实时监测刀具磨损状态，预测刀具还能坚持多久。

“号脉灵手”同步注浆检测系统，名字来自中医号脉。管片拼装完成后，它像号脉一样逐环检测管片背后有没有空洞，注浆效果好不好，发现问题及时补浆。“就像人穿衣服，衣服合不合身、有没有空隙，得摸一摸才知道。”李利平解释。

“超级巧鼻”负责监测地下有毒有害气体与环境参数变化，“听波聪耳”负责识别地层界面变化。五套系统获取的信息汇入“人工智脑”，构建起“多源感知-融合研判-动态调控”的完整体系。

李利平打了一个比方：“原来盾构机掘进就像晚上开车没有车灯，不知道前方是什么情况，只能闷着头往前走。现在装上了‘五官’，等于给车装上了大灯、雷达和导航，司机心里更有底，也更安全了。”

训练更聪明的“大脑”，让盾构机跑得更快

在黄岗路黄河隧道施工现场，“五官一脑”与施工团队紧密配合。每掘进一环，系统采集的数据都会实时传回，由科研人员分析研判，再反馈给施工团队，指导下一环的掘进参数调整。遇到钙质结核密集区域或气体异常，系统提前预警，施工团队提前采取措施，将风险前置管控。

施工期间，山东大学完成数千环动态监测，出具446份专项分析报告，助力黄岗路黄河隧道创下了17米级盾构日进尺18米、月进尺426米的世界纪录，首次实现黄河下3.3公里连续掘进“零换刀”“零渗漏”穿越“地上悬河”。

黄岗路黄河隧道不是“五官一脑”的第一个战场，其先后应用于济南地铁、青岛胶州湾第二海底隧道、贵阳地铁、海太长江隧道、广花城际铁路、深汕铁路等多项国内重大工程，及新加坡CR105隧道、澳大利亚西部港湾隧道等海外项目。

“同时，‘五官一脑’系统也为济泺路、航天大道、聊热入济南北双线四大跨黄通道等工程提供了技术支撑，已在全国17个城市、40余项重大工程中应用。”李利平说，“五官一脑”的应用并非“一刀切”，重大工程风险高，通常全套配置；普通工程则可以根据主要风险选择性搭载对应模块。

解决了盾构机“看清路”的问题，团队开始考虑，怎么在安全的前提下，让盾构机“自己跑”，并且“跑得更快”。

“我们要训练一个更聪明的‘大脑’，让盾构机自己学会判断、自己会操作。”李利平说，团队的目标是实现无人驾驶、云端指挥。在破岩效率上，团队正在研发等离子等新型破岩装备，为盾构机提速探索新的可能。

（大众日报记者 苑文飒）