自机械化盾构问世以来，盾构施工始终保持着“推进、拼装、再推进、再拼装”的“串联式”作业工序，即盾构机向前掘进一环管片宽度的距离后停机，静止状态下完成一环管片的拼装。
随着新型城镇化的不断推进，市域、城际长大隧道作为改善城市出行、促进区域互联互通的控制性工程，对施工工期、安全、质量提出更高的要求，上海隧道工程有限公司与华中科技大学丁烈云院士团队携手成功研发推力自适应主动控制型盾构推拼同步技术并成功用于上海市域铁路机场联络线3标，实现了盾构施工“加速度”……
丁烈云，中国工程院院士，华中科技大学教授，国家数字建造技术创新中心首席科学家
智能建造是新一代信息技术与先进工业化建造技术深度融合形成的工程建造创新模式，其本质是通过人与智能化工具设备高效地合作共事，将工程建造推进到高度集成化、柔性化和智能化阶段。
盾构法隧道是土木工程中机械化程度最高的领域，八十年代就解决了机械系统内部的自动化控制问题，但关乎岩土与机械系统相互作用的控制目前依然依赖人的经验。学术界应该与工程界紧密结合，深入实践，开拓视野，从工程机械智能化赋能入手，切实提高盾构装备的自主工作能力，从而进一步提升工程安全、质量和效率。
华中科技大学团队与上海隧道工程有限公司联合开发的推力自适应主动控制型盾构推拼同步技术（actt），可实现系统自主控制条件下的盾构掘进和管片拼装同步作业，研究成果在初步工程示范应用中取得了喜人的成绩，突破了软土地层盾构法施工效率瓶颈，施工效率提升 25% 以上，业内反应良好，已经成为新一代智能盾构的标志性特征。未来这项技术将从一个点突破延伸，带动盾构智能施工技术体系向无人、安全、高效、优质的目标前进。
背景篇
在城市核心密集区进行盾构施工往往面临用地紧张的局面，减少建造竖井、一次性长距离盾构独头掘进完成工程建设目标无疑是较优的选择。但“停停走走”的作业方式一方面考验着盾构机的工作性能，另一方面长时间的停机容易造成刀盘开挖面失稳，进而引发过度的地表沉降，而推拼同步技术就是科学有效的威尼斯人2299的解决方案。
何为盾构推拼同步技术？简而言之就是将管片拼装作业融入到盾构掘进当中，无需停机即可实现两者的同步“并联”作业。
推拼同步技术的概念早在硬岩隧道掘进机中得以实现，而日本从20世纪八九十年代开始就走在盾构推拼同步技术研发的前列，研发了前后盾双油缸、前盾独立转向、推力矢量控制和异型管片等4类方案。
研究篇
为解决行业难题，上海隧道工程有限公司作为国内盾构施工与装备制造领域的领头羊，在深入分析日本方案的基础上，凭借在大直径盾构领域多年丰富施工经验以及盾构管控平台海量数据，联合华中科技大学、上海申通地铁等多家单位，产学研用一体，率先对盾构推拼同步关键技术开展攻关研究，提出一种推力自适应主动控制型盾构推拼同步技术（actt，即 active control technology of thrust），主要基于盾构矢量推进为理念进行推进系统压力自适应主动控制，并进行常规盾构机同步拼装功能升级，盾构机结构和管片类型基本不变。actt 法技术路径分两步走。
actt1：人在控制回路中的盾构推拼同步技术
盾构推进系统全油缸独立控制。在不改变盾构司机常规手动操作经验的前提下，在推进系统控制屏幕提供 6 分区虚拟操作界面。后台基于盾构司机手动输入的分区目标压力转换为目标推力矢量，并通过缺失顶力重分配算法自动完成全油缸目标压力解算，无须人工参与。
上海隧道工程有限公司自2019年底起，先通过大量的盾构推力矢量控制算法与组态策略比选，确定出满足工程需求的多种顶力分配算法，并在2020年通过构建大型盾构推拼同步模型试验平台进行全系统技术验证，尽可能地挖掘出该技术在工程应用时可能存在的潜在风险点。目前，actt1已在上海市域铁路机场联络线工程完成示范应用，并取得可喜的成果。
推拼同步模型试验平台
actt2：由系统自主控制的盾构推拼同步技术
以土压力随机场理论为基础，实现数据驱动的目标推力矢量初值智能设定。通过建立盾构姿态控制决策方法和纠偏策略，结合盾构纠偏曲线规划技术，实现盾构轴线的自适应主动控制。因此，actt2 是以土压力随机场表征与推力自适应主动控制为特征的，将于上海沪通铁路吴淞口长江隧道工程进行示范应用。
actt2 整体控制逻辑
工程篇
上海轨道交通市域线机场联络线3标，包含2个盾构区间，1号盾构区间为梅富路—华泾站工作井，长2184m，采用直径14.05m常规盾构机施工；2号盾构区间为梅富路工作井—3号风井—2号风井，长5657m，采用直径14.05m、具有推拼同步功能的盾构机施工。
1号区间盾构于2021年4月始发，2022年3月接收，国产超大直径盾构在掘进过程中设备运行稳定，故障停机时间整体占用率低于5%。
1号区间盾构2021年10月施工时效分析
2号区间盾构于2021年10月始发，2022年6月完成推拼同步全系统技术验证与算法优化升级，7月完成盾构推进270环。其中，故障停机时间整体占用率低于1%，从数据上反馈出推拼同步在减少盾构停机时长的同时，对降低盾构机故障率起到了积极的促进作用。
2号区间盾构2022年7月施工时效分析
通过对2022年7月270环的施工数据统计分析得出，盾构平均掘进速度为35mm/min，平均单环盾构掘进时间为57min，平均单环管片拼装时间为56min。采用推拼同步技术后可将传统交替推拼单环作业时长从113min缩短至82min，实测单环施工效率提升27.4%。
推拼同步实测效率提升分析示意图
结语
通过工程实践数据表明，盾构推拼同步技术可使盾构法隧道建设效率较传统方式提升 25% 以上，让盾构机掘进从“稳步快走”到“一路小跑”。盾构推拼同步作为智能化盾构的重要技术支撑，将显著提升中国盾构装备制造与隧道施工的技术水平。现阶段，上海隧道团队研发的 actt 法已完成第一阶段示范应用工作，推力动态设定需要人工干预，紧接着将结合盾构轴线自主规划控制技术，由系统进行推力动态设定，实现长大盾构隧道推拼同步技术从“并跑”到“领跑”的跨越式发展。
