苏志鹏
中铁六局集团有限公司交通工程分公司 北京 100000
摘要：盾构机广泛用于工程施工中，作为一种大型、工程专用的高科技施工设备，其主要作用是：开挖土体、拼装衬砌、输送土渣、测量导向纠偏，它在整个施工环节具有不可替代的作用。为了使盾构机发挥出做好的施工效果，及时明确其施工参数，掌握基本的自动化控制技术，积极采用自动控制方式，提高作业效率，促进盾构机在行业中的有效运用。
关键词：盾构机；自动控制；技术的应用
前言：盾构机整个系统依赖于液压系统，为保证工程活动的顺利进行，认真做好施工前的准备工作，及时核对盾构机的工作参数，掌握盾构机自动化控制技术，从而有效提高施工效率。相应人员需掌握液压控制系统的工作原理，根据实际情况，展开有效的技术探讨，确保自动化控制技术在盾构机施工中的有效运用。
一、盾构机的介绍
盾构机的全名是盾构隧道掘进机，其制造技术含量较高，造价高，目前已经在工程、隧道施工中得到广泛运用。盾构机作为一种专业性很高的施工设备，主要在掘进施工中使用，在设计的环节，将传感、光、电、机等融合为一体，便于进行有效的测量导向纠偏、开挖切削土体等功能，并涉及地质、机械、液压、测量等多个部门，主要分为手掘式盾构、半机械盾构、机械盾构这三种[1]。实践中得知，盾构机最明显的特点就是：适应性强、效率高。下图为盾构机自动化控制技术运用原理。
图1为盾构机自动化控制技术运用原理
二、盾构机自动控制技术的应用
1.盾构机姿态控制参数
掘进施工中，盾构机因姿态改变，引起盾构轨迹的变化，由于四面阻力不一致，导致推进施工时，液压推力不均匀，盾构机重心偏离。因此从盾构机自身特点出发，根据实际工作任务，及时明确盾构机姿态自动控制参数，同时对相应的控制指标进行及时优化，在此基础上，提高了盾构机控制系统运行的可靠性[2]。充分意识到工作环境和地质特性对盾构机自动化控制的影响，及时摆脱条件限制，了解土层特性和物理指标，将盾构机运行轨迹控制在标准范围内。作业人员了解盾构机仰视角、偏航角、滚转角对施工活动的影响程度，及时核对相应的控制参数，更好的保证液压系统的平稳推力。
2.控制模型的构建
掘进施工中，盾构机依靠刀盘、推进、排渣等子系统，实现对施工过程的自动控制，掌握基本的自动化技术控制策略[3]。根据自身的工作经验，构建有效的自动化控制模型，让盾构机掘进过程更为清晰的展示出来，提高人员的技术水平。根据土体情况、周围环境，构建盾构机自动化控制模型，便于人员正确的认识开挖面土压平衡控制工作，充分考虑地质条件，从根本出发，更好的确保盾构机施工中自动化控制的科学性[4]。构建自动化控制模型的环节，相应人员要深入了解密封舱压力控制机理，根据动态荷载控制理论，及时检验该模型运用的可行性。
3.姿态自动化控制
盾构在施工中的姿态是以自动化形式实现，根据盾构机设计轴线位置及夹角来判断其姿态，采用液压系统自动控制盾构机的运行姿态，提高施工活动的灵活性。统计学理论基础上，作业人员采用自动化控制技术，对盾构机施工中的姿态进行科学控制，依据预测控制模型，保证施工过程的有效性，通过采用位姿控制技术，实时掌握相应的测量数据，采取自动化形式选择液压缸的开-关模式，灵活调节盾构机的角度及具体位置。复杂的作业环境下，盾构机仍旧可以正常运作，在盾构机行为控制的整个过程中，综合人工智能和模糊理论，将相应的自动化技术相结合，便于快速的完成隧道施工任务。比如某人员积极利用模糊控制器，尽量减少控制次数，提高控制器性能，避免自动化控制出现偏差，使得姿态控制系统具有了很强的纠偏功能。盾构机的方向偏差在±20mm的范围内，对于缓和曲线段位置，盾构机的方向偏差为±30mm内，了解地质条件对自动化控制的影响，保证盾构机轴线与设计轴线平行，减少误差，按照规定，盾构机方向偏差不得超过±10mm/m。遇到硬土时，盾构机的机头保持上仰姿态，为提高掘进施工的有效性，合理分配各个区域的千斤顶推力，及时调整盾构机的水平偏差，便于保持最佳姿态[5]。
4.电液自动控制技术
盾构机的传递功率较大，运动复杂，同时对技术精度的要求很高，所以为了使盾构机在复杂的工作环境中很好的适应自然环境，采用先进的液压系统进行自动控制，实时传递动力，有效分配工作任务。盾构机掘进中，需要进行相应的转弯、曲线行进、纠偏等作业，在整个线路的行进中，依靠电液自动控制技术，科学控制盾构机的行走轨迹，掌握行进方向，这是盾构机工作效率提升的保障。液压系统采用的是分组分区控制，及时了解液压缸分布情况，随着土层埋深逐渐增加，液压工作的压力也在增加，根据实际情况调速，了解变量泵输出压力和各个分区的控制指标，了解系统控制时的压力差，保证最佳的负载压力。简化系统控制次数，合理布置推进油缸，从而降低了人员的劳作强度，提高掘进效率，保证自动控制功能的有效实现[6]。
5.协调控制技术
盾构机施工中，在采取自动化控制的环节，及时采用协调控制策略来完成施工任务，对掘进系统进行科学协调与完善，施工中根据土层情况、地表沉降状况，实时调整推进系统，并对刀盘和排渣系统的施工参数进行优化，便于全面掌握各个子系统的运动状况。在周围环境的影响下，盾构机依然可以正常运作，根据压力平衡目标，采用非线性协调控制技术，保证盾构机掘进施工的安全性。
6.集成系统优化
合理优化盾构机控制系统，对于排渣系统、管片拼装系统、刀盘系统、推进系统、监控系统等各个子系统的功能进行逐步完善，以高性能为目标，加强集成系统功能改进。比如作业人员使用盾构机的环节，及时选用可靠性高、功率大的盾构机，充分考虑系统功率与控制性能的关系，摆脱控制
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系统的约束，实时掌握盾构机自动控制规律。优化吊运系统结构，使用新型吊运系统，由管片过渡平台、单梁吊运、双弯梁吊机、环式拼装机等部分构成，利用环式拼装机，防止列车溜车，双弯梁的左右梁相互独立，满足盾构机掘进转弯要求。结束语
综上所述：本文首先介绍了盾构机，便于人员对盾构机有一个完整的认识，了解盾构机的工作特点及主要分类，保证后续工作的顺利进行。盾构机自动化控制过程中，需明确姿态控制参数，优化控制指标，做好技术运用前的准备工作，掌握基本的自动化技术控制策略，构建自动化控制模型；采用位姿控制技术，灵活调节盾构机的角度及具体位置，将盾构机的方向偏差控制在±20mm的范围内；依靠电液自动控制技术，掌握盾构机行进方向，实现分组分区控制；调整推进系统，采用非线性协调控制技术，了解内部土层、地表沉降等信息，促进集成系统功能改进
参考文献：
[1]姜涛.盾构机自动控制技术现状分析及展望[J].黑龙江交通科技，2017，40（2）：148-149.
[2]张龙，王海波，范曙远.盾构机管片拼装自动控制传感检测系统的设计[J].机械制造，2018（2）：74-77.
[3]宋英莉，刘宣宇，张凯举，等.IMNMSSPC算法在盾构机土压平衡控制中的应用[J].计算机工程与应用，2017，53（4）：251-255.
[4]欧阳素琴.S7-200 PLC控制压滤系统在盾构工程废浆处理中的应用[J].山东工业技术，2017（5）：85-85.
[5]周知，杜晗，胡建宾，等.对大直径泥水平衡盾构机姿态测量控制研究[J].施工技术，2017（S2）：22-22.
[6]吴运斌，卓秀清.基于盾构机主要部件的的日常维护措施研究[J].中国机械，2014（20）：36-36.
论文作者:苏志鹏
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第18期
论文发表时间:2019/3/26
标签：盾构论文; 自动控制论文; 技术论文; 自动化控制论文; 系统论文; 姿态论文; 作业论文; 《建筑细部》2018年第18期论文;