科技日报记者 吴叶凡
最近，在长江水面下的崇太长江隧道里，由我国自主研制的世界最大直径高铁盾构机——“领航号”盾构机，搭载智能掘进脑系统，以“有人值守、无人操作”的模式昼夜掘进，创造了单月掘进718米的纪录。
这颗“智慧大脑”由中国中铁隧道局隧道掘进机及智能运维全国重点实验室研发团队（以下简称“掘进机国重团队”）研发。前不久，该团队被授予2025年度中国青年五四奖章集体。
这支47人的队伍中，35周岁以下青年占比高达70%。这群年轻人不惧“深地、深水、高寒”等极限工况，用盾构机与智能技术，在崇山峻岭中、江河湖海下打通一条条隧道，书写科技报国的青春故事。
向极限工况“进军”
想要钻山，就得先和石头打交道。隧道掘进机及智能运维全国重点实验室的一间屋子内，堆满了各种各样的小石块。这些石块颜色各异，花纹各不相同。它们被分门别类放置，贴上了“高黎贡山隧道”“引汉济渭”“滇中引水”等标签。
说起这些石头，掘进机国重团队骨干成员杨延栋如数家珍。“这块是我们在引汉济渭工程中，做超硬岩刀具磨损实验用的。”杨延栋介绍，“我们的主要任务，便是从理论、装备、工法等方面，解决盾构机在穿山过岭过程中遇到的极端地质或极端工况问题。”
近年来，这支队伍不断挑战极限，攻克了超硬岩、破碎带、高水压、强腐蚀、大埋深等极端施工条件下的盾构掘进施工难题。其中，大瑞铁路高黎贡山隧道的攻关历程，掘进机国重团队成员至今记忆犹新。
大瑞铁路穿过横断山脉，连接云南省大理市和瑞丽市，被业内称为“世界上最难修的铁路”。高黎贡山隧道于2015年开始修建，是大瑞铁路全线控制性工程。
作为首条穿过横断山脉的特长铁路隧道，高黎贡山隧道几乎集齐了隧道施工中可能遇到的所有不良地质条件和重大风险因素。其中，大规模分布的围岩破碎带是重大隐患——一旦破碎岩体在刀盘前方堆积，TBM（岩石隧道掘进机）就会频繁“卡壳”，寸步难行。
“如果破碎岩体堆积在刀盘前，我们就得人工扩挖，帮助刀盘脱困。”杨延栋坦言，每次解决刀盘被卡问题，施工团队都需要耗费大量时间，短则几天、长则几个月。这大大拖慢了施工进度。
如何解决TBM“卡壳”问题？2017年，掘进机国重团队下决心摸清围岩的“脾气”，开展围岩扰动规律测试。
要研究围岩扰动规律，需把十几种传感器布置到TBM前方约30米的位置，这项工作必须要在TBM停工时才能进行。“为了不影响掘进进度，我们必须抢抓TBM检修停工的窗口期——最多只有一周时间。”杨延栋说。
虽然时间紧、任务重，但团队成员从没想过放弃。“压力肯定是有的，但我们心里铆着一股劲儿。”杨延栋说。
就这样，团队成员夜以继日，奋战了五天四夜。“当成功装上最后一个传感器，我们终于在隧道里建起测试站。那一刻，我们心里的‘大石头’终于落了地。”杨延栋说。
这项测试丰富了团队对围岩的认知。“比如，我们明确了不同围岩在变形阶段的最佳支护时机，建立了科学确定围岩锚固深度的方法。这些成果为隧道顺利掘进提供了决策依据。”杨延栋说。
给盾构机装“智慧大脑”
要在复杂地质条件下顺利作业，既需突破掘进理论与装备制造技术，也需优化盾构机主司机的驾驶模式。
盾构TBM智能掘进科研攻关青年突击队队长、掘进机国重团队骨干成员李叔敖告诉记者，驾驭盾构机这个“大家伙”是一项极具挑战性的工作。过去，盾构机掘进与运维工作主要依赖司机经验。不过，这种“靠经验吃饭”的模式，已无法满足我国隧道工程高速发展的需求，更难以应对日益复杂的隧道施工作业。
“为弥补人工操作的不足，2020年我们开始尝试将人工智能技术引入掘进作业，研制出智能掘进脑系统。”李叔敖介绍，该系统就是通过自动化、智能化手段，解决人工处理效率低、故障响应速度慢、复杂问题难定位的问题。
智能掘进脑系统能够快速识别异常参数，并及时提醒工作人员，将大部分故障消灭在萌芽状态，大幅提升了盾构机的工作效率和可靠性。
而面对已出现的故障，智能掘进脑系统可快速对其进行分析，完成部分自动修复。对于无法解决的复杂难题，它能深入开展故障分析，帮助工程师快速处理。
在为盾构机安装智能掘进脑系统的过程中，团队遇到了不少难题。“盾构机都是根据具体工程的地质特点定制的，不同盾构机在控制逻辑、掘进参数等方面差异显著。这导致智能掘进脑系统的智能算法很难直接在不同盾构机间迁移复用。”李叔敖说，为解决算法设计与跨设备迁移问题，团队与工程技术人员展开深度协作，逐一分析每个参数，最终通过“决策算法先行、控制算法落地”的两步走策略，成功攻克算法难题。
在隧道书写青春答卷
隧道施工环境是出了名的苦。“2013年，我一毕业就去广州修地铁，每天待在漆黑的隧道里。”杨延栋回忆道，他当时忍不住和导师诉苦：这怎么和想象中“高大上”的实验室环境不一样呢？
不过，随着对工作的深入了解，杨延栋体会到“深入一线”的重要性。“不到现场根本发现不了问题，更解决不了问题。”他说。
李叔敖对此深有体会。“旁人觉得我们设计算法，就是整天在办公室敲电脑，其实不然。只有到了施工现场，我们才知道该如何优化自己写的算法。”他说。
如今，杨延栋已经成长为掘进机国重团队里的经验丰富的前辈。回顾多年科研历程，他切实感受到实验室对青年人才的悉心培养。“实验室不仅有一流的设备，而且有充足的项目经费。在这里，年轻人只要有好想法，就能获得支持。”他说。
实验室推行的“以老带新”培养模式，为青年人才搭建了快速成长的阶梯。“刚入职，实验室负责人就给我们安排了课题和项目导师，还会定期组织培训。”李叔敖举例道，2024年他参加了为期2个月的人工智能技术培训，不仅丰富了对智能掘进的认知，而且为后续研发工作打下坚实基础。
在隧道掘进机及智能运维全国重点实验室执行主任、掘进机国重团队负责人刘永胜看来，青年人才是实验室最宝贵的财富。“如今的青年思维活跃、勇于创新，同时传承了老一辈工程技术人员吃苦耐劳、艰苦奋斗的精神。”他说，“为支持青年人才挑大梁，我们针对每位年轻人的特点，为其量身定制成长路径；立足人才成长全周期，搭建完善的职业发展通道；同时健全激励保障制度，让更多青年人安心干事创业。”
开展隧道工程被称为“在黑暗中寻光”，而投身其中的青年正逐光而行、向未来进发。掘进机国重团队奋战在工程一线与创新前沿，在不断攻坚克难中展现青年科技工作者奋发有为的精神风貌。
“中国青年五四奖章集体荣誉，对我们而言既是激励，更是责任。”刘永胜说，“下一步，我们将继续拼搏奋斗，积极投身中国式现代化建设，用勤奋与智慧创造更加美好的明天。”
