盾构掘进机及其液压技术的应用

张建宏

【摘  要】随着我国经济的快速发展，国家越来越重视盾构掘进机及其液压技术。为了进一步提升盾构掘进机的应用成效，需要根据实际情况了解设备在隧道工程施工过程中的应用优势，充分利用其自动化特征，避免过多施工客观因素所导致的不良影响，降低人力和物力的损耗。因此，论文主要针对盾构掘进机及其液压技术进行分析，并提出合理化建议。

【Abstract】With the rapid development of China's economy， the country pays more and more attention to shield tunneling machine and its hydraulic technology. In order to further improve the application effect of shield tunneling machine， it is necessary to understand the application advantages of the equipment in the process of tunnel construction according to the actual situation， make full use of its automation characteristics， avoid the adverse effects caused by too many objective factors in construction， and reduce the loss of manpower and material resources. Therefore， the paper mainly analyzes the shield tunneling machine and its hydraulic technology， and puts forward some reasonable suggestions.

【关键词】盾构掘进机;液压技术;应用

【Keywords】shield tunneling machine; hydraulic technology; application

【中图分类号】U455.3+1                                             【文献标志码】A                                                 【文章編号】1673-1069（2021）04-0154-02

1 引言

随着工程施工规模的扩大，国内盾构掘进机愈加受到人民的关注和重视，主要原理是应用圆柱体的钢组件确保整个工程施工轴线沿着边缘的方向将土壤向前推进，应用掘进机做好土壤挖掘工程施工，以圆柱体组件的壳作为护盾结构主体，对隧洞不同阶段的工程做好临时性的支持，并将土层结构外的压力降低，确保所有的施工结构土壤可分担土层结构周围的压力，对所有的工程施工起到保护。

2 盾构掘进机的基本内容

2.1 共性

由于工程施工受地质情况影响大，故目前研发技术部门已经研发出了多样化的盾构掘进机，其有着多元的功能，基本功能是通用性的，加之一些机构切割隧道的新功能，可将洞外的信息输送进去，确保围岩顺利被切割。在此期间，若是岩石质地不一，那么盾构掘进机的最终切割方式也有新的差别，主要表现为切割方式以及输送方式上的差异。可将其划分为以下几种类别：机械水力切割、泥浆泵输送、机械切割等。

2.2 混凝土衬砌功能和机构

盾构掘进机基本上都会配置一个盾构，且大部分的盾构都是呈现出椭圆形的断面式结构，盾构后面的衬砌是采用混凝土砖块拼接而成，会受到不同的混凝土工程施工地质缺陷而导致整体混凝土形状、数量以及呈现方式存在差异，对此，在这些方面必须要谨慎，不可一味节省资金。在隧洞以及混凝土的外环工程施工中，必须要用填料回填的方式将整体的工程结构固定化[1]。

2.3 推进功能和机构

盾构掘进机大部分都是应用液压千斤顶的方式确保机械设备能够按照隧道的边缘线不断将土壤推进，在地质差异过大的区域，机械设备中差异之处仅是液压千斤顶的数量、压力以及位置布局等，其他机械设备不受影响，皆可通用使用。例如，液压千斤顶的布置若是处于混凝土外环以及竖井之间，那么盾构掘进机可起到顶管机的作用。

3 传统隧道工程施工与现代化盾构机施工的区别

在隧道工程施工过程中，传统隧道工程施工基本上是应用人为机械对土方进行开挖，随之将挖出来的土方倒入传统矿车上，利用矿车向外输送，不断地形成一整套服务体系，完成隧道工程的开挖和施工。在完成隧道工程前期措施之后，对已经开挖成功的隧道进行支护处理，避免其若是遇到淤泥等情况出现隧道坍塌以及施工工程失败等情况。现代化的盾构掘进机施工是指在实际的工程施工中应用一个主要工程结构起到工程支护作用，同时完成地下土方挖掘以及土壤输送，减少地面出现塌陷的几率。该种方法与传统的工程施工技术相比，可更好地保证工程施工的安全性与可靠性，利用机械设备完成人为无法操作的复杂施工，工程施工环境较好，在地下水位高、施工地质复杂等情况可以顺利完成施工，提高工程施工效率，避免延误工程施工期限。在发达国家或者地区，这种技术已经受到了隧道工程施工团队以及单位的广泛应用，用该种方式可以在隧道直径只有20cm的情况下完成所有的工程施工，比较常应用的工程施工有地铁隧道、铁路隧道以及公路隧道等。该种情况下的工程施工水平高，工程施工效率大，体系结构完整，有利于整体工程施工质量的提升。

4 盾构掘进机应用趋势

4.1 稳定地层以及地面沉降控制技术

现代化的盾构掘进机控制地面沉降的方法是采用泥土平衡以及土压平衡的方式，该种方式主要是通过预先设定土方内部的压力结构来确保整个地质土层结构的稳定性。因此，在工程施工过程中，首先要对整个施工的区域地质情况、水温情况以及自然情況进行充分了解，根据地表沉降数据作出相关措施调整，避免由于地面土壤开挖过程中土层原始应力滞后变动导致的问题。开挖层面的土壤原始应力形式过于复杂，其预先所设定的数值内容存在较多不足之处，故工程施工质量主要依据施工人员的工程经验以及岗位培训才能够对工程施工质量进行综合控制。若是选择现代化的盾构掘进机可选择一个平衡式的盾构在土层内部形成较好的涂鸦传感器，增进控制系统控制成效，确保土层地层结构的稳定性，降低安全事故发生概率，使得地面沉降得到明显控制[2]。

4.2 结构设计技术

在工程施工过程中，现代化的洞口掘进机已经出现了曲折，新的盾构体以及多形状的盾构机，可用于解决取率半径小、弯道施工以及复线隧道施工的问题。国内主要将盾体分为两到三节，活动面有拱形、H和V形等形状，只有较边缘化的曲面半径限制，在推进过程中可作水平与竖直转动，形成多样化的隧道，但是目前比较常用的盾体结构是断面式结构，属于国家领袖级别的设计技术。

4.3 刀具技术

在工程施工过程中，现代化的盾构掘进机有多种切割发展方向，可依据不同的机械设备位置而进行改变，只需要适当地调整刀盘刀具即可实现盾构掘进机刀具方向的随机化以及异形化。刀盘刀具的技术多样性带来了新的地层结构多样性，可依据新刀具的寿命以及技术进行综合分析。

4.4 液压推进与导向技术

在工程施工过程中，国内比较先进的盾构工程施工一般是在开挖面以及盾构体周边主要位置布置监控点，确保实时采集盾构掘进机的运行情况、土压以及地层干扰信号等，及时将所收集到的信息输送到信号处理计算机终端中，确保应用互联网计算机技术分析多种数据，及时将数据发送到液压系统中进行信号的实时控制，实现对盾构结构体推向以及导向方向的自动化控制，基本实现无人化的精准操作。国内某条地铁线所使用的法国盾构以及复线隧道施工都配置较强的计算机信息处理以及控制系统，应用该项系统可减少工程施工中的人员劳动强度，提高机械设备的工作效率以及施工精度。通过所采集到的实时化数据信息提高数据分析、反馈以及控制能力，便于现场工作人员的实时决策，尽可能达到工程工作效率提高的作用[3]。

4.5 砖砌技术

在工程施工过程中，盾构工程施工是采用管片拼装系统将砼管片拼装成隧道衬砌，增添一些管片拼装系统子系统结构，以此实现回转机构、水平移动液压缸等基础性结构的稳定性维护，在关键时期应用自动化装置实现管片机械化操作和位移。国内的管片对中以及拼装主要靠人为工程施工，其消耗了大量的人力、物力以及财力，会浪费大量的掘进机运行时间，会直接影响到工程施工进度。由于日本已经研制自动化管片拼装设备，可自主进行砼管片的输送、拼装机钳住管片等操作，实际效果良好，因此，在具体的工程施工中还是要应用新标准和引进新技术实现最优的设备工程施工。

4.6 防水技术

在工程施工过程中，防水技术以及同步化的注浆技术是盾构施工中的重要性技术，主要应用环向与纵向膨胀橡胶防水以及土工防水布等技术，有效地控制地面沉降。除此之外，还可以确保盾构掘进机推进过程中，土壤地壳活动得到一定的平复及时填充空隙。

5 结语

综上所述，现阶段国家越来越重视盾构掘进机及其液压技术。为进一步提升盾构掘进机的应用成效，需要根据实际情况了解隧道工程施工流程，避免传统工程施工中存在的弊端，增强工程施工的稳定性与合理性，确保高质量的工程施工，充分地利用现代化技术确保隧道开挖以及掘进施工的工程施工精准性，利用盾构掘进机的优势提高施工效率，确保液压技术的最终应用成效。

【参考文献】

【1】陈亮，党齐乾，李四敏，等.掘进机常见的故障原因分析及处理方法探讨[J].内燃机与配件，2021（01）：114-115.

【2】胡忠利.掘进机自动截割控制系统的设计[J].煤矿机械，2021，42（01）：5-7.

【3】贺亚发.掘进机自动化功能的升级设计与应用[J].机械管理开发，2020，35（12）：212-213+221.