复合式土压平衡盾构设备研制及其应用    

    该项目在湖南省科技重大专项和长沙市科技重大专项的支持下，突破了复合式土压平衡盾构设备研制的核心技术并实现产业化。主要技术创新如下：

    1.复合式土压平衡盾构总体集成设计技术。针对盾构施工复杂地质条件，利用多领域系统耦合仿真技术和全局优化技术，建立了复合式土压平衡盾构集成设计开发平台，提出了基于地质适应性的盾构总体集成设计准则和总体评价体系，缩短了盾构设计制造周期，降低了盾构整机成本。

    2.盾构开挖系统设计技术。提出了刀盘地质适应性设计理论，发明了一种盘形滚刀地质适应性设计方法和多功能刀盘CAD系统，提高了盾构开挖系统设计效率。

    3.基于通用液压件的复杂液压系统集成技术。针对盾构在有限空间下工作的特点，采用试验与数值计算相结合的方法，建立了基于通用液压件的盾构液压系统集成设计平台；发明了一种比例阀控蓄能器的盾构刀盘回转驱动压力适应液压控制系统，改变了液压系统核心技术和关键元件受制于人的局面。

    4.盾构土压测量及主动控制技术。基于传感器技术和信息融合理论，提出了适应不同地质条件和工况的盾构掘进土压主动控制策略；研制了集成手动、自动两种模式紧急关闭功能的排土系统实现了土压的准确预测与主动控制。

    5.管片快速拼装系统设计制造技术。基于系统动力学和运动学理论，创新设计了管片一次倒运模式，大大提高了管片拼装效率；提出了管片拼装机主支撑梁整体式设计方法，提高了管片拼装机的制造精度和装配效率。

    6.高效泡沫系统设计技术。采用试验和CFD数值计算相结合，研制了单路单泵超高压泡沫注入系统，突破了碴土改良精确控制和堵塞后疏通的技术瓶颈。

    7.关键部件洞内更换及快速始发过站技术。基于系统工程理论、虚拟样机技术等设计方法，构建了盾构关键部件模块化设计体系，实现了盾构关键部件的洞内维修或更换，缩短了盾构始发和过站时间，提高地铁施工安全性及适应性。

    项目共获专利32项，其中发明专利12项，发表科技论文38篇，其中EI和SCI收录21篇。

    该项目的实施，建立了盾构设计开发平台，实现了高端复合式土压平衡盾构设备的国产化，形成了一条具有国际竞争力的完整产业链。产品广泛应用于我国城市轨道交通工程建设中，取得了显著的经济效益和社会效益。

    获奖等级：三等奖

    完成单位：中国铁建重工集团有限公司