盾構(gòu)機自動控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望

張雪

摘 ?要：盾構(gòu)機自動控制技術(shù)在盾構(gòu)機設備設計生產(chǎn)中占據(jù)重要的地位，現(xiàn)今該項技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀包括掘進系統(tǒng)的自動控制、位姿控制、管片的自動拼裝，該文提出此技術(shù)存在的問題及其發(fā)展趨勢，如建立密封艙壓力動態(tài)平衡為目標的控制模式、制定掘進系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略、位姿與動態(tài)軌跡的控制、控制系統(tǒng)的集成。希望該文的研究能為施工人員提供一些借鑒性建議，保障該技術(shù)呈現(xiàn)積極的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機 ?自動控制技術(shù) ?發(fā)展現(xiàn)狀

中圖分類號：TD421.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）06（a）-0073-02

當前隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口數(shù)量增多，管理人員為減少地面交通工程的施工，會實施隧道等工程的建設，盾構(gòu)機是地下工程中的主要用具，它是保障工程順利進行的重要條件，然而地下工程中存在各種潛在的危險因素，如果處理不當，將會出現(xiàn)一系列的危險事件。因此，盾構(gòu)機自動控制技術(shù)需具備智能化的特點，該技術(shù)不僅應開挖土體，而且還要會糾正誤差，這樣才能獲得施工人員的大力追捧。目前，此技術(shù)雖然呈現(xiàn)蓬勃的發(fā)展趨勢，但是依然存在許多的不足之處，人們應該大力改良技術(shù)，保障工程具有安全、效率高的特點。

1 ?國內(nèi)外盾構(gòu)機的研究情況

盾構(gòu)機技術(shù)已經(jīng)具有多年的發(fā)展歷史，該項技術(shù)發(fā)源于英國，在日本、德國進一步發(fā)展，隨后在各個國家獲得廣泛推廣，在日本的發(fā)展速度最為快速。傳統(tǒng)的盾構(gòu)設備具有手掘式、擠壓式等形式，現(xiàn)今機械化程度已經(jīng)十分高了，盾構(gòu)機挖掘技術(shù)發(fā)生了顯著的變化[1]。盾構(gòu)機的控制技術(shù)等都已經(jīng)發(fā)展到較高的水平，各種地下工程能夠規(guī)范化地施工，同時，為拓展盾構(gòu)機的性能，各國會加大研究力度，日本與德國處于領(lǐng)先的優(yōu)勢。技術(shù)中融入了機械化與自動化的元素，具備自動檢測、故障診斷等功能，并適應多種地層，如砂土層、軟涂層中都可以應用該項技術(shù)，施工隧道也大直徑化，斷面形式多樣，具有多種尺寸。盾構(gòu)機的尺寸有微小與超大兩個型號，機械中囊括了眾多的技術(shù)因素，如普遍運用的遙控技術(shù)，促進此技術(shù)的深入發(fā)展。我國研究盾構(gòu)機技術(shù)的周期較短，研制技術(shù)落后，制約其的進一步發(fā)展，且研制才起步，發(fā)展速度慢，發(fā)展勢頭不足，還會被各種因素影響，雖然國家已經(jīng)研制出擠壓式盾構(gòu)等機械，人們的選擇具備了多樣性，但是生產(chǎn)出的盾構(gòu)機僅能被用于地勢環(huán)境不復雜的地區(qū)，地質(zhì)條件復雜的區(qū)域不適合。

2 ?盾構(gòu)機自動控制技術(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 掘進系統(tǒng)的自動控制

盾構(gòu)機掘進系統(tǒng)具備智能化控制的手段，然而系統(tǒng)的穩(wěn)定性無法確保，隨后人們研制出運用模糊免疫自調(diào)整PID控制器的方法，土壓的穩(wěn)定性會增長。目前，科學技術(shù)獲得穩(wěn)步的發(fā)展，機械施工參數(shù)能運用遺傳算法開展優(yōu)化，機器的運轉(zhuǎn)速度會被控制，土壓平衡，同時，運用自動識別與驅(qū)動公路效率的技術(shù)，盾構(gòu)機的運行與土體掘進時的壓力情況將趨于優(yōu)良，參照壓力控制的具體模型，控制策略會得到優(yōu)化。此外，其在排土控制中的應用趨勢也廣闊，排土控制的流程會不斷完善，掘進系統(tǒng)是盾構(gòu)機控制中的基本條件，根據(jù)施工中的每項參數(shù)，控制流程會發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成良好的控制技術(shù)，施工效率得到保障，地下工程順利完工，工期被提前。

2.2 位姿控制

推進系統(tǒng)中的液壓缸能夠控制盾構(gòu)機的位姿，控制器的性能需被合理掌控，盾構(gòu)機才會進行自動化控制，同時，系統(tǒng)應該具備通用性，在各種地質(zhì)條件中都能運行，并借助動態(tài)載荷的理論模型，盾構(gòu)姿態(tài)影響的每個參數(shù)中都會有敏感性，控制中的精確度得到保障。每種位姿系統(tǒng)的作用效果參差不齊，而在參照不同的質(zhì)量參數(shù)的基礎上，地下工程施工中的地質(zhì)不安全因素不會受到影響，各種地勢條件都可以開展工程施工。

2.3 管片的自動拼裝

手工拼裝中具有漏洞，而自動拼裝會出現(xiàn)較少的誤差，自動拼裝具備優(yōu)良的技術(shù)優(yōu)勢，依據(jù)盾構(gòu)設計軸向的特征，運用多環(huán)組合的手段來選擇管片的拼裝點，制定切向糾偏路線，研制出虛擬的管片拼裝系統(tǒng)。對于西方一些發(fā)達國家，其已經(jīng)實現(xiàn)了自動拼裝的形式，運用機器人動態(tài)模型的方法，拼裝流程會無縫銜接，盾構(gòu)機管片自動拼裝為一個系統(tǒng)的流程，其中囊括著科學技術(shù)因素，參照具體的拼裝手段，控制流程也會具體。

3 ?盾構(gòu)機自動控制技術(shù)存在的問題和發(fā)展趨勢

3.1 建立密封艙壓力動態(tài)平衡為目標的控制模式

如果密封艙的壓力失衡，隧洞開挖中會出現(xiàn)地面沉降的情況，所以它是盾構(gòu)機控制中的重點所在，研究人員需加大對密封艙壓力平衡的研究與資金投入力度。但是研究過程不夠細致，重復性的試驗不是優(yōu)良的方法，合理的控制模型并未被建立，控制技術(shù)還應被繼續(xù)改善，人們需研究控制模型中的動態(tài)平衡目標，控制密封艙中的壓力，使地面沉降現(xiàn)象被控制。產(chǎn)生地面沉降的最主要因素是密封艙壓力失衡，壓力動態(tài)平衡模型不能具備精確化的特點，缺乏科學性[2]。良好的壓力動態(tài)平衡系統(tǒng)是控制中的關(guān)鍵步驟，人們可以學習西方國家的一些經(jīng)驗，改良自身技術(shù)中的不足之處。

3.2 制定掘進系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略

艙內(nèi)土壓力值預先設定的手段為土壓控制中的主要手段，管理人員充分了解當?shù)氐膶嶋H情況，調(diào)整壓力變化情況的數(shù)值，每個系統(tǒng)的工作模式各自獨立，人們自行地開展施工。為確保壓力被積極地控制，子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制策略至關(guān)重要，人們應了解系統(tǒng)間的耦合關(guān)系，合理地制定策略。盾構(gòu)機的自動控制技術(shù)會獲得極大的發(fā)展，但是不具有廣泛的適用性，因此人們需要加大研究力度，進行認真的研究。掘進系統(tǒng)是控制中的重點方面，人們應運用多子系統(tǒng)的控制策略，使控制變量能被調(diào)整，呈現(xiàn)非線性的模式，技術(shù)難題被控制。

3.3 位姿與動態(tài)軌跡的控制

人工控制、模糊控制策略是位姿與動態(tài)軌跡控制的主要方法，然而人們僅會依據(jù)經(jīng)驗來開展控制工作，倘若地質(zhì)情況十分復雜，控制結(jié)果中會產(chǎn)生誤差，從而人們應知曉盾構(gòu)機的各種參數(shù)，形成全面的控制模型系統(tǒng)，控制盾構(gòu)機所存在的運行軌跡，控制過程會較為完善，產(chǎn)生誤差的概率小。目前，位姿控制中存在模仿性的成分，人們不會產(chǎn)生創(chuàng)新性的思維能力，專家在依靠程序化的經(jīng)驗，運用模型控制策略來進行智能化控制時，如果缺乏施工記錄與施工經(jīng)驗，當?shù)氐牡刭|(zhì)情況不能被預測與控制，不會形成優(yōu)良的實用成果。實質(zhì)上，運用位姿控制為一個缺乏驅(qū)動系統(tǒng)的控制步驟，人們需要了解位姿的影響因素，建立控制模型，自動控制中的優(yōu)良性會被把握，運動軌跡也能被考量，自動控制的基礎被保障，控制流程具備科學化、規(guī)范化的特點，控制流程被積極地優(yōu)化。

3.4 控制系統(tǒng)的集成

子系統(tǒng)是盾構(gòu)機中的重要組成部分，人們會實時了解系統(tǒng)的信息監(jiān)測與控制情況，研究該機器的性能、成本等各種因素，設計中會具備損耗程度低、地質(zhì)適應性優(yōu)良的特點，保證控制系統(tǒng)的優(yōu)良性，盾構(gòu)機發(fā)展的情況符合社會的最新發(fā)展趨勢。在施工建設過程中，工程承包方需要聘用一些知曉管理技術(shù)的人員進行工程的指揮，只有懂得管理技術(shù)的人親臨現(xiàn)場指導，提出一些建設性建議，才能促使建設工程早日完工。但是在具體的實施過程中，施工方還需要把成本等因素考慮在內(nèi)，這樣才能使工程建設向著預期的方向發(fā)展。

4 ?結(jié)語

為確保盾構(gòu)機的施工流程安全，自動化地控制流程十分重要，隨著科學技術(shù)的日益進步，自動化控制技術(shù)也在更改，然而實現(xiàn)自動化控制是一個長期的活動，會面臨眾多的阻力，研究人員應針對各種技術(shù)性難題加大研究力度，盾構(gòu)機在地下工程中的作用更加優(yōu)良。

參考文獻

[1] 林師俊，張桂菊.盾構(gòu)機自動控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)家參謀，2017，13（17）：151-152.

[2] 姜濤.盾構(gòu)機自動控制技術(shù)現(xiàn)狀分析及展望[J].黑龍江交通科技，2017，40（2）：110-111.