盾构机穿江越海，刀盘上的滚刀如同“牙齿”，持续切削岩石泥土，磨损极快，更换频繁。长期以来，更换一把滚刀需要3名工人带压进舱作业4小时以上，面临土体坍塌、涌水涌砂、减压病等多重生命危险。如今，这一局面被彻底改写——6月25日，我国首台重载智能盾构换刀机器人在厦金大桥(厦门段)环岛路隧道“厦金号”盾构机正式投用。这标志着我国大直径盾构隧道施工正式迈入无人换刀新阶段。

“换刀难、换刀险”的国际难题

盾构机是穿江越海的大国重器。在隧道掘进过程中，刀盘上的滚刀如同“牙齿”，持续切削岩石泥土，磨损极快，需要频繁更换。然而，传统换刀作业长期面临严峻挑战。

传统换刀需3名作业人员带压进舱更换，耗时4小时以上。换刀舱内空间狭小、光线昏暗、闷热潮湿、空气浑浊，工人不仅行动困难，还面临掌子面失稳、有害气体、减压病等多重安全风险。

厦金大桥(厦门段)环岛路隧道全长3291米，开挖直径达16.15米，是福建省目前最大直径盾构隧道。隧道下穿核心繁华片区，长距离穿越上软下硬复合地层，覆土最浅仅8.1米，临近海岸线地下水位高，刀具磨损速率快。“换刀难、换刀险”这一国际公认的行业难题，在这里被进一步放大。

四大核心技术实现从“有人”到“无人”的跨越

针对上述技术痛点，中铁十四局技术团队经过数十次研讨论证和多层级立项攻坚，在迭代研发常压换刀技术、盾构饱和带压换刀技术等基础上，打造智能换刀机器人，实现盾构换刀技术的第四代升级。该设备历经原理样机、工程样机迭代研发阶段，最终实现工程应用。

十一自由度混联机械臂，覆盖10至18米级盾构刀盘

智能换刀机器人拥有11个独立可控活动关节，具备极强避障能力与精细操作能力。凭借500公斤的负载能力和灵活伸缩的构型，可覆盖10米至18米级超大直径盾构机的整个刀盘，轻松抓取重型滚刀，精准完成更换。

3D红外机器视觉定位，精度控制在1毫米以内

在舱内昏暗潮湿、视线极差等复杂条件下，机器人依靠3D红外机器视觉定位技术，为自身装上了高精度的“立体眼”。它能够快速扫描识别每把刀具的精确位置与磨损状态，定位精度控制在1毫米以内。

数字孪生智慧管控，自动规划最优换刀路径

根据刀具定位信息，搭载的数字孪生智慧管控系统实时接收数据，自动规划最优换刀顺序和机械臂运动路径。整个换刀过程实现全自动智能化决策与执行。

整机软硬件100%国产化，完全自主知识产权

机器人整机软硬件实现100%国产化，拥有完全自主知识产权。目前已申请发明专利38件、实用新型专利5件，登记软件著作权7项。

换刀效率提升50%以上，彻底消除人工安全风险

智能换刀机器人的投用，带来了两个维度的革命性突破：

效率革命：单把滚刀更换用时从传统的4小时以上压缩至25至40分钟，综合作业效率提升50%以上。

安全革命：全程无需人员进入盾构压力舱作业，从根源上消除人工带压换刀安全风险，全面提升隧道施工本质安全水平。

中国工程院院士钱七虎表示，智能换刀机器人的研发，在安全、效率、成本等方面取得成效，为我国交通工程装备自主化、无人化、智能化发展探索了新路径，也为产业化应用奠定了基础。中国工程院院士肖明清表示，中国铁建历时6年研发智能换刀机器人技术，其成功投用实现了盾构换刀从 “有人作业”到“无人作业”的跨越。

从厦金大桥到全国跨海超大直径盾构工程

目前，智能盾构换刀机器人已在16米级“厦金号”盾构机完成上机调试，各项动作参数通过验收。6月27日，“厦金号”盾构机始发掘进盾构左线，智能换刀机器人同步投入实战作业。

厦门路桥工程公司厦金大桥(厦门段)项目标段经理郑联枭表示，智能换刀机器人的落地应用，为隧道安全高效掘进提供坚实保障。项目团队将全力支持新技术的工程应用，共同打造可复制、可推广的智能换刀解决方案，为全国跨海、超大直径盾构工程提供示范。

这一技术突破的应用前景广阔：

跨海通道建设：可广泛应用于国内正在推进的各大跨海通道项目中的超大直径盾构施工;

城市深层隧道：为城市核心区复杂地层条件下的盾构施工提供安全高效的换刀保障;

智能装备产业化：为盾构施工全链条智能化升级提供核心装备支撑，推动我国交通工程装备向自主化、无人化、智能化方向加速迈进。

从“有人”到“无人”，从“4小时”到“25分钟”，从“人工带压”到“全程无人”——这台拥有十一自由度机械臂、3D红外视觉和数字孪生大脑的机器人“医生”，正在重新定义中国隧道工程的安全与效率标准。