问题描述

大型地下洞室群施工是地下工程建设的关键部分，其施工装备的发展水平直接决定了施工的效率和安全性，我国从上世纪80年代起逐步引进先进技术，先后建成了一批洞室大跨度、开挖大规模、结构超复杂、稳定高难度的地下洞室群，并形成了一套大型地下洞室群开挖的钻爆法施工工法，也具备了一定的钻爆法洞室施工装备制造能力。目前但绝大多数水利水电工程地下洞室群仍采用“钻爆法”施工，“钻爆法”虽具备适用性强、组织容易、灵活方便等特点，但也存在施工质量控制难度大、施工机械化程度低、作业人员劳动强度大、安全风险高、施工工期长、作业面环境差、炸药管控等问题，现有的钻爆法施工信息化、智能化程度有限，机械设备水平及管控手段难以满足隧道建设工期和安全质量的控制要求，推动水利水电工程建设机械化、智能化转型升级，实现建造运维的智能化管控已成为当前亟待解决的问题。

“十四五”以来，我国加快抽水蓄能电站开发建设，全力服务碳达峰、碳中和，构建新型电力系统，随着常规水电开发难度不断增大以及抽水蓄能电站大规模建设，大型地下洞室群的施工挑战也日益增加，地下工程的修建形式呈现多样化，深埋、复杂结构地下工程越来越多，存在强岩爆、大涌水、软岩大变形、断裂带等风险，同时还面临支洞布置、长隧洞大方量排水等难题，尤其是即将开工建设的西南区域巨型水电工程，引水线路总长约44km，隧洞最大埋深超2000m，地下洞室群规模巨大，高地震烈度、高地温、高地应力、高外水压、跨活动断层，其复杂条件下深埋长引水发电系统建设难度为世界前列。如何有效的开展大型地下洞室建造工作，特别是大跨度、大断面、复杂地质条件下的安全、高效施工是目前面临的重大挑战。

近二十年来，钻爆法装备在国家持续大规模工程建设推动和发展自主装备产业政策支持下进步很快，目前已形成覆盖钻爆法隧道全工序的完整装备产业体系，主要产品技术水平已与国外持平。近年来，得益于信息化、智能化技术快速发展，我国隧道装备加速向智能化方向发展。目前已形成了涵盖超前勘探及加固、开挖作业、初支作业、衬砌作业、检测作业等全工序钻爆法作业线，具有成熟、完整的钻爆法装备设计制造体系。

随着科技的进步，钻爆法装备的研究将进一步深入，大型地下洞室的施工装备及技术成为当前水利水电工程建设的迫切要求。本难题将研究大型地下洞室的钻爆法智能装备配套和适应性设计以及大型洞室智能化建造技术，包括集开挖、辅助装药、出渣、支护全工序功能于一体的综合作业台车整机多功能集成技术、隧道智能机械施工装备配套选型、隧道超欠挖精准控制、隧道快速机械化自动装药、隧道拱锚一体与自动喷射支护、隧道组拼拱架安装支护、软岩条件下锚索机械化快速成孔安装、超前地质预报、施工动态设计、智能高效施工、质量智能评价、施工智能管控等方面的关键技术，旨在进一步构建大型地下洞室智能建造关键技术体系与谱系化装备，提高施工装备的可靠性、适应性、信息化和智能化水平，保障水利水电工程地下洞室群安全、高效建设。

该难题的突破将极大提升水电站等大型地下洞室建设的施工效率和安全性，显著提升社会生产效率。其中智能技术的应用将减少作业人员劳动强度大及人力成本，提高施工精度，缩短工期，确保重大工程项目安全高效、高标准高质量建设，为持续巩固我国在世界水电行业引领地位具有重要意义。同时该难题的突破将推动大型地下洞室群建设技术向全面智能化、机械化迈进，提升我国在国际建筑市场的竞争力，还为全球地下工程建造技术的发展提供了新的思路和方向，为科技产业的发展注入新质生产力，推动社会进步和发展。

针对水利水电工程建设中洞室埋深大、断面大、地质复杂多变等特点，基于钻爆法智能装备配套和适应性设计，围绕超前地质预报、施工动态设计、智能高效施工、质量智能评价、施工智能管控等方面开展研究，构建大型地下洞室智能建造关键技术体系与谱系化装备，提高施工装备在大型地下洞室施工的可靠性、适应性、信息化和智能化水平，保障水利水电工程地下洞室群安全、高效建设。

问题背景

我国先后建成了一批洞室大跨度、开挖大规模、结构超复杂、稳定高难度的地下洞室群，并已经形成了一套大型地下洞室群开挖的钻爆法施工工法，也具备了一定的钻爆法洞室施工装备制造能力。然而现有的钻爆法施工信息化、智能化程度有限，作业人员劳动强度大，机械设备水平及管控手段难以满足隧道建设工期和安全质量的控制要求，同时建设难度越来越大，推动水利水电工程建设机械化、智能化转型升级，实现大跨度、大断面、复杂地质条件下的安全、高效施工是目前面临的重大挑战。

最新进展（截止问题发布年度）

近二十年来，钻爆法装备在国家持续大规模工程建设推动和发展自主装备产业政策支持下进步很快，目前已形成覆盖钻爆法隧道全工序的完整装备产业体系，主要产品技术水平已与国外持平。近年来，得益于信息化、智能化技术快速发展，我国隧道装备加速向智能化方向发展。如何基于传统钻爆法结合机械化、智能化技术，实现大跨度、大断面大型地下洞室群的安全高效施工，将是未来面临的关键难点与挑战。

重要意义

该难题的突破将极大提升水利水电行业大型地下洞室群建设的施工效率和安全性，为持续巩固我国在世界水电行业引领地位具有重要意义，同时推动大型地下洞室群建设技术向全面智能化、机械化迈进，为科技产业的发展注入新质生产力，推动社会进步和发展。