3D打印|智能机器人当家——颠覆传统隧道建设的新方式智能机器人

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130年来，隧道的建造方法几乎没有改变。尽管用于勘测、钻孔、挖掘隧道的机械设备已经有所改进和发展，但与19世纪的维多利亚时代相比，隧道施工方法仍基本相同。
众所周知，隧道项目的复杂性、成本、风险一直居高不下。在这个提倡数字化转型和技术升级的时代，隧道建设正在迎来一场新的革命。
机器人3D打印隧道
【3D打印|智能机器人当家——颠覆传统隧道建设的新方式】传统的隧道建设方法是先掘洞再建隧道。但现在是，使用机器人在地下空间进行3D打印隧道，并通过数字地面测量技术创建全新的数据库，生成数字孪生模型，即先建隧道、后掘洞。这种全新的方法与当前的隧道施工方法相比，隧道建设速度更快、成本更低、更安全环保，项目风险也更低。
“汇集各行各业的最新技术，将它们与经过验证的方法相结合，创造出一种全新的方法。这种方法使我们能够重新思考如何规划、设计、建造、运营和维护新的地下空间。 ” HyperTunnel公司的联合首席执行官Steve Jordan说。

使用水平定向钻井（HDD）在岩土中钻出一系列钻孔管，形成隧道的轮廓。许多半自主机器人可以用超高的精度在钻孔内部移动，使用集群技术创建隧道的结构外壳。在壳内的岩土被破坏后，用遥控挖掘机清除弃土，然后喷涂连续的混凝土层到外壳上。如果需要，还可以使用定制的衬里施工。二次钻孔管用于容纳可提高隧道长期维护和安全性的监测技术。

在HyperTunnel解决方案中使用的这种先进实用的系统，使地下空间的施工变得更便捷、更安全，成本更低，也更可持续。可以说，从根本上改善了现有隧道的扩充、加固、维护和监控方式。由于该系统灵活、模块化且完全自动化，将其集成到新建隧道项目中，可以实现在全世界任何地方的任何隧道施工公司都可以进行快速调试，便于组织施工。
又快又省的建设过程
准备阶段——构建3D数字模型
“要想使这种先进的3D打印方法成为可能，需要绝对精确的数据，并以扎实的岩土专业知识作为后盾，而这在以前的隧道施工中是根本不可能实现的。这也就是为什么建筑信息建模和数字孪生是该方法的核心，而数字孪生为这一切提供了应用场景。 ”隧道工程项目总监Patrick Lane Nott说。
依据传统方法，为了详细掌握隧道所处的岩土及地质情况，勘测的信息仅限于地质测绘、沿规划路径上的隧道垂直钻孔信息及周围500米范围内的可用信息。由于周围的岩土情况可能会发生变化，所以传统的方法只能形成一幅不完整的现场图景，使隧道项目在施工期间面临出现意外和工期延误的风险。
但HyperTunnel解决方案可以在准备阶段进行更加系统彻底的勘查。借鉴石油和天然气行业中已得到验证的技术，用于现在的隧道前期勘测中。通过在隧道中心进行HDD测试孔，可以实现沿整条隧道路线采集多个平行岩心地质样本，在隧道掘进中率先提供完整的隧道路线图。一般情况下会设置3个测试孔，但也可以根据隧道的直径和周围的地质情况，设置更为精确的测试孔数量。这些孔内衬高密度聚乙烯(HDPE)管，外径约为280毫米，以保持其完整性，有利于创造出干净的工作空间。