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
下转第510页
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.S7-200PLC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.