隧道掘进机辅助智能化施工技术

新书序言

《隧道掘进机辅助智能化施工技术》全面介绍了TBM辅助智能化施工的多项关键技术，其中很多技术都是原创性成果。岩-机作用机理和大数据平台奠定了TBM设计和施工的理论基础和数据基础，超前地质预报、岩-机状态感知、智能控制与决策形成了完整的 TBM智能化技术体系，为 TBM 智能化施工指明了方向，也为未来无人值守 TBM 研制开辟了道路。

项目已经圆满结题，该书也即将付梓印刷，但TBM 智能化的征程才路到半山、船到中流，希望后来学者能够继往开来，秉承求真务实的学术精神，继续深入研究 TBM 信息化、智能化施工中的科学问题和关键技术，为全面提升我国 TBM装备高端制造和掘进技术的核心竞争力贡献创新成果。

中国科学院院士

2020 年 5 月 22 日

与传统钻爆法施工相比，隧道掘进机具有掘进速度快、安全性能高、劳动强度低、环境污染小的优点，在交通、水利、矿山、国防等地下工程领域应用十分广泛，TBM施工方法已经成为我国隧道工程建设的重要趋势和发展方向。然而在隧道施工过程中存在TBM地质适应性差、工程事故多发等问题，严重者甚至出现整机报废、人员伤亡等现象，这是由于TBM破岩机理不清、岩-机状态感知不准、控制决策方法不优等基础性技术难题尚未解决。

人工智能的兴起为解决传统工程问题带来了新的机遇。李建斌带领科研团队紧抓人工智能发展新契机，建立了世界首个TBM大数据平台，采集了吉林引松供水工程四标17km隧洞的全部施工数据，为机器学习打下了坚实的数据基础。并将全部数据无偿共享，供行业内学者研究使用，大大推动了TBM智能化的研究进程。

本书以吉林引松供水工程TBM施工项目为依托，对TBM岩机作用机理、超前地质探测、岩-机状态感知、TBM海量数据挖掘、智能控制与决策等多项关键技术进行了深入研究，形成了一套完整的TBM辅助智能化施工技术体系，对解决当前TBM工程难题和未来智能TBM研制具有重要意义。

图1 TBM 辅助智能化施工技术体系示意图

该书内容涉及近年来作者在TBM智能化施工方面所取得的主要创新性研究成果。首先，本书主要概述TBM的发展与应用现状，阐述TBM辅助智能化施工技术体系的构建，介绍TBM施工信息管理云平台的数据采集、传输、存储方法以及平台功能的设计开发，结合多模态神经网络与模糊仿人控制方法建立了TBM掘进参数复合智能控制系统，通过建立TBM支护等级智能决策模型和TBM掘进姿态控制模型实现了支护等级的实时预测和掘进姿态的实时控制。

图2 TBM-SMART智能掘进系统

图3 TBM 施工信息管理云计算平台

其次，阐明TBM岩-机相互作用机理，重点介绍不同因素组合下TBM滚刀破岩机理和TBM岩-机作用模型，通过研发TBM渣片在线分析系统，构建基于渣片特征和掘进参数融合的岩体识别方法，实现渣片状态实时监测与在线分析，介绍刀盘状态监测系统与主机振动监测系统的研制，基于工程应用数据揭示滚刀磨损规律及主机振动规律。同时，阐述了TBM复杂环境不良地质超前探测方法及系统，包括用于水体探测的激发极化超前预报和用于不良地质结构体的地震超前探测。该书奠定了TBM设计和施工的理论基础和数据基础，形成了完整的TBM智能化技术体系，为TBM智能化施工指明了方向，也为未来无人值守TBM研制开辟了道路。

图4 吉林引松供水工程“永吉号”TBM上搭载的超前探测系统

《隧道掘进机辅助智能化施工技术》

李建斌，龚秋明，刘斌 著

ISBN 978-7-03-066258-3

责任编辑：刘宝莉

内容简介

本书总结了国内外隧道掘进机(TBM)的发展与应用现状，在分析TBM岩-机相互作用机理的基础上，从 TBM 复杂环境不良地质超前探测、TBM渣片感知与分析、TBM 设备运行状态监测等方面，介绍了适用于 TBM 的岩体状态和设备状态等多元信息感知方法及其工程应用情况；通过搭建TBM 施工信息管理云平台，开展数据挖掘与分析，结合实际工程项目讨论了 TBM 掘进参数、支护等级、掘进姿态的智能控制技术与决策方法，阐述了 TBM 辅助智能化施工系统的开发与应用情况。 本书可供 TBM 设计研发、隧道施工等领域的科研和工程技术人员使用，也可作为高等院校相关专业研究生的参考用书。

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