智能环保，安全高效——隧道网2023年度创新技术盘点（国际篇）

小编语 From The Editor 2023年，全球隧道行业保持着不断创新的势头——世界各地的技术工作者们在自动化、智能化、绿色低碳等方面完成了不少新技术的开发、改进和实际应用。小编相信，这些创新技术将会在解决日益严峻的劳动力短缺问题和越来越受关注的碳排放问题上起到关键作用。

小编语

From The Editor

2023年，全球隧道行业保持着不断创新的势头——世界各地的技术工作者们在自动化、智能化、绿色低碳等方面完成了不少新技术的开发、改进和实际应用。小编相信，这些创新技术将会在解决日益严峻的劳动力短缺问题和越来越受关注的碳排放问题上起到关键作用。

本期，让我们一起回顾在过去的2023年中，国际同行们的各种技术创新吧！

自动化/智能化技术

自动化技术是解决劳动力短缺问题的关键。相关技术企业在这一方面投入颇多，也取得了不少成功。

隧道地下导航和自主定位

自主导航和定位对于无人化和智能化施工设备来说是至关重要的，但由于地下无法使用GPS卫星定位，在地下进行导航和定位非常困难。

为了解决这一问题，东京大学的研究人员正在研发一种名为 μ介子度量无线导航系统 （MuWNS）的定位系统；

而美国肯塔基大学的研发团队则在尝试利用 激光雷达+自动驾驶算法 ，实现地下环境中的自主定位与导航。

气压沉箱远程操控系统

气压沉箱施工往往存在人工挖土作业空间小、气压高、危险性大等问题，由于远程操控时摄像机视角和清晰的受限，对于操控人员的经验和能力要求较高。

由此，日本技术企业开发了名为 DeepX GeoViz for Caisson自动化控制系统 ，该系统可以让操作人员在虚拟空间中以任意视角观测施工现场，并在系统辅助下进行操作，提高工作效率。

列车式自动巡检机器人

大型强子对撞器（LHC）是一个位于欧洲地下的庞大地下结构，整个设施的隧道总长达60km，内部充满了高度敏感的实验设备，对隧道结构的检查是困难、缓慢且复杂的过程。

为解决这一问题，运维部门开发了一种沿着隧道顶部的轨道运行的 自动巡检机器人 ，在完全不影响试验设备的同时，有效地提升了检查工作的效率。

转向控制辅助系统

目前，盾构机操作人员主要通过手动调整油缸等方式来进行盾构转向，转向的精度很大程度上取决于操作员的经验。

海瑞克公司针对这一问题研发了一套自动化的 盾构转向辅助系统 ，通过控制算法，这套转向辅助系统可以同时操作所有油缸，操作人员或自动驾驶程序只需要对这个推力中心的位置进行调整，算法就能自动给盾构的油缸下达对应的控制指令。

无人化无轨台车

随着技术的发展，用于隧道内水平运输的无轨台车在性能与功能上都得到了极大的改进。

瑞士Kerenzerberg隧道升级项目中使用的 VirtuRail无人无轨台车 配备了独特的动力系统和控制程序，这些车辆可以作为独立的无人运输车运行，也可以连接在一起组成一辆自动列车，灵活地满足了施工现场不同的运输需求。

四足机器人Spot用于现场巡检

机器人可以有效减少人员风险，然而地下工程环境复杂。普通轮式机器人的活动会受到严重限制。

智利丘基卡马塔地下采矿场 和 英国伦敦输电隧道网 都选用了四足机器人Spot来负责运维巡检，这种机器人其系统兼容性强大，续航能力优秀，具备摔倒后自主重新站立的能力。

新工艺/新设备

隧道工法方面的创新一直备受国际隧道业界的关注，在今年，也有不少新工法得到了改进和推广。

仰拱施工新方法

日本京都地区的一处隧道工程，因施工距离长、工期紧等难点，无法采用常规现浇模式开展。

施工团队采用了一种 “预制L型挡墙+能早期形成强度的泡沫系填充材料” 的新工法，通过采用替代模板的预制构件，以及使用能够在早期形成强度的泡沫系填充材料来替代一部分的混凝土，顺利按要求完成施工，并缩短了3个月的工期。

水中衬砌施工设备

通过常规方式修复输水隧道的过程困难且繁琐，还需要暂停隧道的营，会对居民生活造成较大的影响。

为解决这一问题，美国的Ballard和Kelley两家公司合作研发了一套可以在 水中完成安装不锈钢内衬 等修复工作的施工设备，并在州底特律供水隧道修复项目中得到了成功的应用。

大直径盾构地面始发

日本横滨湘南隧道工程2号盾构机采用了 地面始发技术 ：由于是大直径盾构，因此采取了多项针对性措施。施工团队对始发洞门，反力架结构，吊车作业平台，盾构机后方临时设备进行了一系列的优化设计，使这台大直接盾构能够顺利的完成地面始发。

马斯克Prufrock-3盾构开始测试

埃隆·马斯克旗下的The Boring Company宣布，该公司的 第三代自研盾构Prufrock-3 开始在美国德克萨斯州的巴斯特罗普工厂进行测试。

该公司宣称，Prufrock-3的目标是实现真正意义上连续掘进（即施工过程中完全不停止掘进），以及具备在到场后的24小时内开始掘进的能力。

用于防渣土粘附的 皮带翻转装置

连续皮带输送机是长距离掘进中常用的排土设备，为避免和减少使用过程中的渣土粘附问题。

东京外环道土压盾构在连续皮带输送机上配备了一种 皮带翻转装置 ，该装置可将皮带翻转180°，使具有渣土粘附风险的皮带表面在返回侧也保持处于上方。

现浇内衬与管片衬砌相结合

日本羽泽隧道原计划采用现浇混凝土衬砌，但发现隧道部分区域不适合采用现浇混凝土衬砌，因此开发了 现浇内衬与管片衬砌相结合 的盾构施工法。

该工法有效地节约了施工成本，在经过羽泽隧道的应用，也验证了该工法适用于城市密集区施工。

狭小竖井内的盾构旋转调头与始发

银城隧道工程由于施工现场空间紧张，项目团队使用了被称为“毛毛虫式竖井”的竖井结构。

为了能够让盾构在狭小的竖井内完成180°转向。项目团队开发了一种氮气滑行装置，转向过程中盾构平稳且高度受控。项目团队还使用了一种被称为“飞行式”的始发工法，完成了 狭小竖井内的盾构始发 。

低碳环保

环保问题正在受到越来越多的关注，如何应对未来越来越来严格的环保要求是全球隧道行业需要面对的共同问题。

泥水盾构污泥中的重金属净化工艺

在含有自然重金属的地层中进行泥水盾构施工时，重金属会吸附在细粒土上，导致脱水污泥饼中含有大量的重金属。为了解决这一问题，日本鹿岛建设研发了一种 利用铁粉吸附重金属砷后通过超导磁铁进行磁力分离的净化系统 。

预制拼装双拱结构

明挖隧道的结构一般会采用现浇施工，然而，现浇方案存在着物料运输加剧交通拥堵，噪音、废气影响环境等环保问题。

为解决这些问题，项目团队提出了一种 预制双拱结构 的解决方案，该方案成功地减少了现场工作量，降低了衬砌厚度、节约了混凝土用量，帮助项目实现整体减排目标。

超大直径盾构翻新

超大直径盾构设备本身往往代价高昂，并且报废设备会对环境造成地大量污染。因此， 大盾构的再制造和再利用 可以节省成本，并有效减少环境污染。

即将开工的波兰S-19隧道项目成功翻新并启用了一台17年前被拆解放置的 15.2m超大直径盾构。

新能源施工设备

近年来，各类新能源施工设备也逐渐开始进入世界各地的施工现场中。除了电动设备外，氢燃料设备也是一个发展方向。

英国HS2项目正在大量应用 氢燃料施工设备 。即将开建的下泰晤士河隧道也准备使用 氢燃料施工设备 ，并已经开始建设配套的氢气储存中心。

新型环保材料

为了能够实现碳达峰与碳中和，隧道施工行业正在不断试验各类新型的环保材料。近期，德国的一家公司开始尝试使用 甘蔗替代化石燃料来生产隧道管片密封垫 。

而HS2工程则开始使用一种由磨碎的粒状高炉矿渣、粉煤灰和高碱性化学品构成的低碳环保混凝土。

监测和运维技术

为确保安全和节约人力，日本涌现出了不少新型的监测技术，为施工和运维提供了便利。

基于旋转机械臂的隧道巡检工具

如何快速评估与检测地下基础设施的老化情况是国际隧道业界近年来一直在研究探索的问题。

为了解决隧道内部的巡检问题，加拿大的一条水电隧道运维团队与当地大学合作研发了一款 基于360度旋转机械臂 的半自动化隧道衬砌全景摄像系统，有效提升了日常巡检工作的效率。

基于图像识别的粉尘浓度测量技术

采样法和光散射测量是隧道施工中粉尘浓度监测的传统方式，然而，这两种方式存在缺乏即时性，需要维护等问题。

有鉴于此，日本大林公司研发了一种基 于图像识别技术的新粉尘检测技术 ，该技术依据专用算法是根据图片和视频上的颗粒数量和反射亮度来推算现场的粉尘水平。

隧道光纤传感器

现代隧道监控传感器正朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展，其中， 光纤传感器 是发展最为迅速的传感器类型之一。

德国的联邦49号公路隧道在近期扩建中安装了新型光纤火灾传感器以取代传统的火灾传感器；而东京地铁公司也正在使用一种新型的光纤传感器，用于监控东京地铁线路隧道内的渗水现象。

管片衬砌技术

近年来，管片衬砌相关技术在接头设计和自动化生产方面得到了很大的发展。

管片自动化生产

德国海瑞克公司和来自瑞士的Marti AG公司正在合作建设一个 无人化的全自动管片工厂 。

大量不同类型的机器人完成了管片生产的全流程自动化，近期兴起的AI技术还帮助该工厂实现了验收和监测方面的自动化，实现了用机器人监督机器人的目标。

易用型止水性接头

城市深层排水隧道时常会处于满管状态，受内水压力作用，隧道环向上会产生张拉力，对管片接头性能要求较高。

日本大成建设开发了一种新型管片接头技术 “Tighten Joint” ，不仅可以提高接头的止水性和可施工性，还简化了作业流程，从而缩短施工周期，降低施工成本。

远程监测和管理隧道开挖

而随着自动管片拼装技术的不断发展，许多承包商期望盾构内的管片质量检查流程也能实现自动化，以进一步减少施工现场所需的工作人员。

为实现这一目标自德国的AI软件公司preML联合了VMT公司，开发了一套可部署在盾构内的、基于AI的 管片缺陷自动识别系统 。

新型聚合物混凝土管片

排水隧道等需要面对微生物，化学品腐蚀的隧道，所以管片衬砌的抗腐蚀性能直接决定了隧道的使用寿命。

美国SolidCast公司开发了一种采用 新型聚合物的混凝土管片 ，其整体重量小于传统混凝土管片，但强度和物理特性却能基本一致，本身还具有腐蚀能力。

可压缩管片

随着隧道工程不断向更深的地下发展，世界各地的地下工程企业纷纷开始研究如何高效应对大深度下隧道施工。

法国的国家放射性废物管理局正在投资研发一种新的 可压缩管片 ，这种形式的管片可以在不加粗管片壁厚的情况下，有效保障大深度隧道的长期安全性。