液压气动与密封

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年第

期

有眼镜形!三圆形!拱形!

和

形等多种形式" 比较先

进的盾构除了转弯半径与爬坡方面的限制较小外 #象

和

形盾构#在掘进过程中#可作水平与竖向的灵活

转动#形成空间相对位置多样的隧道" 大和灵活形状断
面是盾体结构设计技术的发展趋势"

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刀盘刀具技术

目前先进的盾构机出现了能有多种切割方向 #可

以伴随其位置的改变而作相应调整的刀盘$ 并且实现
了通过盾构掘进机刀具的切割方向和刀盘的分解组合

生成多种异形空间%如矩形#椭圆形#眼镜形#扩大形等
等&" 刀盘的多样性#对不同地层的适应性#刀具的可靠
和长寿命是刀盘刀具技术的发展趋势"

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液压推进与导向技术

目前比较先进的盾构施工通常在开挖面与盾构周

边必要的位置布置有各种监控点#采集盾构运行状态!
土压和地层扰动等多种信号# 这些信号和地表沉降信
号一起输送给信号处理计算机# 计算机分析这些数据
后

发送液压系统控制信号#实现对盾构推进和导向的

自动控制#基本可以实现无人化的精确操作" 上海地铁

线使用的法国盾构及延安东路复线隧道使用的日本

盾构#都有先进的计算机信息处理与控制系统#既减少
了人员劳动强度# 又增加了盾构机的工作效率与施工
精度#通过实时数据分析处理!快速反馈!工程状态显
示!实时控制#方便现场人员实时决策#达到信息化施
工" 施工信号的自动采集和实现自动控制是推进和导
向技术的发展趋势"

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衬砌技术

盾构施工大都采用管片拼装系统将砼管片拼装成

隧道衬砌#管片拼装系统由中心支撑回转机构!径向和
水平移动液压缸等组成# 虽然实现了管片移动的机械
化#但是管片的对中!就位!拼装等基本还是靠人工作
业#管片的拼装往往占用大量宝贵的掘进作业时间#直
接影响施工进度和质量" 日本已研制成功全自动化拼
装系统#包括砼管片的输送!拼装机钳住管片!管片就
位!管片接头螺栓的自动穿孔和拧紧等工序的自动化"
目前欧洲和日本开始采用

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%挤压混凝土衬砌施工

法&技术代替传统的管片衬砌系统#在施工成本和衬砌
质量方面都取得了良好的效果" 管片拼装自动化或采
用

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技术是衬砌技术发展的两个方向"

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防水和同步注浆技术

盾构施工隧道管片衬砌中# 主要采用环向与纵向

膨胀橡胶防水#还有采用土工防水布等技术" 同步注浆
技术是控制地层变形!地面沉降的重要措施#其关键是
随着盾构的推进及时充分地充填盾壳外径与隧道衬砌

外径之间的建筑空隙"

液压技术的应用

盾构掘进机传递功率大

)

一般超过

$***+,-.

!运动

复杂

要求控制精度高 !安装空间小#并且工作环境恶

劣" 近年迅速发展的电液控制%系统&技术#综合利用电
子技术在信号检测!放大!处理和传输方面的优势和液
压在功率转换放大和执行上的优势# 已经成了盾构动
力传递和控制的首选"

典型的电液控制系统如图

所示"

图 " 盾构电液控制系统的典型方框图

在压力!流量等参数通过机械

液压反馈形成’小

闭环(的基础上#土压!推进速度!刀盘转速!出土量等
盾构工作参数可以通过电反馈的形式形成 ’大闭环(#
采用适当的控制策略使盾构施工的地面沉降控制 !推
进速度和方向控制!刀盘切削功率控制等实现智能化"

盾构掘进机刀盘驱动或推进具有功率大# 功率变

化范围宽的特点" 负载是随断面的土质状况变化的#切
削硬岩和切削软土所需的切削力矩及转速的变化很

大" 如果采用阀控马达的系统形式#系统功率必然按所
需的最大功率设计#在遇到欠负载工况时#系统效率低
下# 大量的功率将通过热的形式耗散# 使系统发热严
重"采用负载敏感和全局功率自适应的泵控马达

缸系

统是解决这一问题的有效途径# 也是盾构液压驱动的
发展趋势"

负载敏感控制是指通过某种形式的传感器检测出

负载变化信号# 由负载变化信号对主泵的流量作相应
的调节#使主控阀进出口两端压差保持不变#即泵的压
力总是等于负载压力与主控阀两端压差之和# 从而使
得主泵的流量始终与主控阀上所需要的流量相适应"
负载敏感系统若采用变量泵形式# 可以避免压力损失
和流量损失#实现泵与负载间的功率匹配" 图

是由

变量泵和节流阀组成的负载敏感液压系统" 负载敏感
装置的弹簧力决定了节流阀两端的压差# 且保证了节