盾构机自动控制技术现状与展望

张雪

摘  要：盾构机自动控制技术在盾构机设备设计生产中占据重要的地位，现今该项技术的发展现状包括掘进系统的自动控制、位姿控制、管片的自动拼装，该文提出此技术存在的问题及其发展趋势，如建立密封舱压力动态平衡为目标的控制模式、制定掘进系统的协调控制策略、位姿与动态轨迹的控制、控制系统的集成。希望该文的研究能为施工人员提供一些借鉴性建议，保障该技术呈现积极的发展趋势。

关键词：盾构机  自动控制技术  发展现状

中图分类号：TD421.5                              文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）06（a）-0073-02

当前随着社会经济的快速发展，人口数量增多，管理人员为减少地面交通工程的施工，会实施隧道等工程的建设，盾构机是地下工程中的主要用具，它是保障工程顺利进行的重要条件，然而地下工程中存在各种潜在的危险因素，如果处理不当，将会出现一系列的危险事件。因此，盾构机自动控制技术需具备智能化的特点，该技术不仅应开挖土体，而且还要会纠正误差，这样才能获得施工人员的大力追捧。目前，此技术虽然呈现蓬勃的发展趋势，但是依然存在许多的不足之处，人们应该大力改良技术，保障工程具有安全、效率高的特点。

1  国内外盾构机的研究情况

盾构机技术已经具有多年的发展历史，该项技术发源于英国，在日本、德国进一步发展，随后在各个国家获得广泛推广，在日本的发展速度最为快速。传统的盾构设备具有手掘式、挤压式等形式，现今机械化程度已经十分高了，盾构机挖掘技术发生了显著的变化[1]。盾构机的控制技术等都已经发展到较高的水平，各种地下工程能够规范化地施工，同时，为拓展盾构机的性能，各国会加大研究力度，日本与德国处于领先的优势。技术中融入了机械化与自动化的元素，具备自动检测、故障诊断等功能，并适应多种地层，如砂土层、软涂层中都可以应用该项技术，施工隧道也大直径化，断面形式多样，具有多种尺寸。盾构机的尺寸有微小与超大两个型号，机械中囊括了众多的技术因素，如普遍运用的遥控技术，促进此技术的深入发展。我国研究盾构机技术的周期较短，研制技术落后，制约其的进一步发展，且研制才起步，发展速度慢，发展势头不足，还会被各种因素影响，虽然国家已经研制出挤压式盾构等机械，人们的选择具备了多样性，但是生产出的盾构机仅能被用于地势环境不复杂的地区，地质条件复杂的区域不适合。

2  盾构机自动控制技术现状分析

2.1 掘进系统的自动控制

盾构机掘进系统具备智能化控制的手段，然而系统的稳定性无法确保，随后人们研制出运用模糊免疫自调整PID控制器的方法，土压的稳定性会增长。目前，科学技术获得稳步的发展，机械施工参数能运用遗传算法开展优化，机器的运转速度会被控制，土压平衡，同时，运用自动识别与驱动公路效率的技术，盾构机的运行与土体掘进时的压力情况将趋于优良，参照压力控制的具体模型，控制策略会得到优化。此外，其在排土控制中的应用趋势也广阔，排土控制的流程会不断完善，掘进系统是盾构机控制中的基本条件，根据施工中的每项参数，控制流程会发生转变，形成良好的控制技术，施工效率得到保障，地下工程顺利完工，工期被提前。

2.2 位姿控制

推进系统中的液压缸能够控制盾构机的位姿，控制器的性能需被合理掌控，盾构机才会进行自动化控制，同时，系统应该具备通用性，在各种地质条件中都能运行，并借助动态载荷的理论模型，盾构姿态影响的每个参数中都会有敏感性，控制中的精確度得到保障。每种位姿系统的作用效果参差不齐，而在参照不同的质量参数的基础上，地下工程施工中的地质不安全因素不会受到影响，各种地势条件都可以开展工程施工。

2.3 管片的自动拼装

手工拼装中具有漏洞，而自动拼装会出现较少的误差，自动拼装具备优良的技术优势，依据盾构设计轴向的特征，运用多环组合的手段来选择管片的拼装点，制定切向纠偏路线，研制出虚拟的管片拼装系统。对于西方一些发达国家，其已经实现了自动拼装的形式，运用机器人动态模型的方法，拼装流程会无缝衔接，盾构机管片自动拼装为一个系统的流程，其中囊括着科学技术因素，参照具体的拼装手段，控制流程也会具体。

3  盾构机自动控制技术存在的问题和发展趋势

3.1 建立密封舱压力动态平衡为目标的控制模式

如果密封舱的压力失衡，隧洞开挖中会出现地面沉降的情况，所以它是盾构机控制中的重点所在，研究人员需加大对密封舱压力平衡的研究与资金投入力度。但是研究过程不够细致，重复性的试验不是优良的方法，合理的控制模型并未被建立，控制技术还应被继续改善，人们需研究控制模型中的动态平衡目标，控制密封舱中的压力，使地面沉降现象被控制。产生地面沉降的最主要因素是密封舱压力失衡，压力动态平衡模型不能具备精确化的特点，缺乏科学性[2]。良好的压力动态平衡系统是控制中的关键步骤，人们可以学习西方国家的一些经验，改良自身技术中的不足之处。

3.2 制定掘进系统的协调控制策略

舱内土压力值预先设定的手段为土压控制中的主要手段，管理人员充分了解当地的实际情况，调整压力变化情况的数值，每个系统的工作模式各自独立，人们自行地开展施工。为确保压力被积极地控制，子系统间的协调控制策略至关重要，人们应了解系统间的耦合关系，合理地制定策略。盾构机的自动控制技术会获得极大的发展，但是不具有广泛的适用性，因此人们需要加大研究力度，进行认真的研究。掘进系统是控制中的重点方面，人们应运用多子系统的控制策略，使控制变量能被调整，呈现非线性的模式，技术难题被控制。

3.3 位姿与动态轨迹的控制

人工控制、模糊控制策略是位姿与动态轨迹控制的主要方法，然而人们仅会依据经验来开展控制工作，倘若地质情况十分复杂，控制结果中会产生误差，从而人们应知晓盾构机的各种参数，形成全面的控制模型系统，控制盾构机所存在的运行轨迹，控制过程会较为完善，产生误差的概率小。目前，位姿控制中存在模仿性的成分，人们不会产生创新性的思维能力，专家在依靠程序化的经验，运用模型控制策略来进行智能化控制时，如果缺乏施工记录与施工经验，当地的地质情况不能被预测与控制，不会形成优良的实用成果。实质上，运用位姿控制为一个缺乏驱动系统的控制步骤，人们需要了解位姿的影响因素，建立控制模型，自动控制中的优良性会被把握，运动轨迹也能被考量，自动控制的基础被保障，控制流程具备科学化、规范化的特点，控制流程被积极地优化。

3.4 控制系统的集成

子系统是盾构机中的重要组成部分，人们会实时了解系统的信息监测与控制情况，研究该机器的性能、成本等各种因素，设计中会具备损耗程度低、地质适应性优良的特点，保证控制系统的优良性，盾构机发展的情况符合社会的最新发展趋势。在施工建设过程中，工程承包方需要聘用一些知晓管理技术的人员进行工程的指挥，只有懂得管理技术的人亲临现场指导，提出一些建设性建议，才能促使建设工程早日完工。但是在具体的实施过程中，施工方还需要把成本等因素考虑在内，这样才能使工程建设向着预期的方向发展。

4  结语

为确保盾构机的施工流程安全，自动化地控制流程十分重要，随着科学技术的日益进步，自动化控制技术也在更改，然而实现自动化控制是一个长期的活动，会面临众多的阻力，研究人员应针对各种技术性难题加大研究力度，盾构机在地下工程中的作用更加优良。

参考文献

[1] 林师俊，张桂菊.盾构机自动控制技术现状与展望[J].农家参谋，2017，13（17）：151-152.

[2] 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）：110-111.