盾構掘進機及其液壓技術的應用

張建宏

【摘? 要】隨著我國經濟的快速發展，國家越來越重視盾構掘進機及其液壓技術。為了進一步提升盾構掘進機的應用成效，需要根據實際情況了解設備在隧道工程施工過程中的應用優勢，充分利用其自動化特征，避免過多施工客觀因素所導致的不良影響，降低人力和物力的損耗。因此，論文主要針對盾構掘進機及其液壓技術進行分析，并提出合理化建議。

【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.

【關鍵詞】盾構掘進機;液壓技術;應用

【Keywords】shield tunneling machine; hydraulic technology; application

【中圖分類號】U455.3+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）04-0154-02

1 引言

隨著工程施工規模的擴大，國內盾構掘進機愈加受到人民的關注和重視，主要原理是應用圓柱體的鋼組件確保整個工程施工軸線沿著邊緣的方向將土壤向前推進，應用掘進機做好土壤挖掘工程施工，以圓柱體組件的殼作為護盾結構主體，對隧洞不同階段的工程做好臨時性的支持，并將土層結構外的壓力降低，確保所有的施工結構土壤可分擔土層結構周圍的壓力，對所有的工程施工起到保護。

2 盾構掘進機的基本內容

2.1 共性

由于工程施工受地質情況影響大，故目前研發技術部門已經研發出了多樣化的盾構掘進機，其有著多元的功能，基本功能是通用性的，加之一些機構切割隧道的新功能，可將洞外的信息輸送進去，確保圍巖順利被切割。在此期間，若是巖石質地不一，那么盾構掘進機的最終切割方式也有新的差別，主要表現為切割方式以及輸送方式上的差異。可將其劃分為以下幾種類別：機械水力切割、泥漿泵輸送、機械切割等。

2.2 混凝土襯砌功能和機構

盾構掘進機基本上都會配置一個盾構，且大部分的盾構都是呈現出橢圓形的斷面式結構，盾構后面的襯砌是采用混凝土磚塊拼接而成，會受到不同的混凝土工程施工地質缺陷而導致整體混凝土形狀、數量以及呈現方式存在差異，對此，在這些方面必須要謹慎，不可一味節省資金。在隧洞以及混凝土的外環工程施工中，必須要用填料回填的方式將整體的工程結構固定化[1]。

2.3 推進功能和機構

盾構掘進機大部分都是應用液壓千斤頂的方式確保機械設備能夠按照隧道的邊緣線不斷將土壤推進，在地質差異過大的區域，機械設備中差異之處僅是液壓千斤頂的數量、壓力以及位置布局等，其他機械設備不受影響，皆可通用使用。例如，液壓千斤頂的布置若是處于混凝土外環以及豎井之間，那么盾構掘進機可起到頂管機的作用。

3 傳統隧道工程施工與現代化盾構機施工的區別

在隧道工程施工過程中，傳統隧道工程施工基本上是應用人為機械對土方進行開挖，隨之將挖出來的土方倒入傳統礦車上，利用礦車向外輸送，不斷地形成一整套服務體系，完成隧道工程的開挖和施工。在完成隧道工程前期措施之后，對已經開挖成功的隧道進行支護處理，避免其若是遇到淤泥等情況出現隧道坍塌以及施工工程失敗等情況。現代化的盾構掘進機施工是指在實際的工程施工中應用一個主要工程結構起到工程支護作用，同時完成地下土方挖掘以及土壤輸送，減少地面出現塌陷的幾率。該種方法與傳統的工程施工技術相比，可更好地保證工程施工的安全性與可靠性，利用機械設備完成人為無法操作的復雜施工，工程施工環境較好，在地下水位高、施工地質復雜等情況可以順利完成施工，提高工程施工效率，避免延誤工程施工期限。在發達國家或者地區，這種技術已經受到了隧道工程施工團隊以及單位的廣泛應用，用該種方式可以在隧道直徑只有20cm的情況下完成所有的工程施工，比較常應用的工程施工有地鐵隧道、鐵路隧道以及公路隧道等。該種情況下的工程施工水平高，工程施工效率大，體系結構完整，有利于整體工程施工質量的提升。

4 盾構掘進機應用趨勢

4.1 穩定地層以及地面沉降控制技術

現代化的盾構掘進機控制地面沉降的方法是采用泥土平衡以及土壓平衡的方式，該種方式主要是通過預先設定土方內部的壓力結構來確保整個地質土層結構的穩定性。因此，在工程施工過程中，首先要對整個施工的區域地質情況、水溫情況以及自然情況進行充分了解，根據地表沉降數據作出相關措施調整，避免由于地面土壤開挖過程中土層原始應力滯后變動導致的問題。開挖層面的土壤原始應力形式過于復雜，其預先所設定的數值內容存在較多不足之處，故工程施工質量主要依據施工人員的工程經驗以及崗位培訓才能夠對工程施工質量進行綜合控制。若是選擇現代化的盾構掘進機可選擇一個平衡式的盾構在土層內部形成較好的涂鴉傳感器，增進控制系統控制成效，確保土層地層結構的穩定性，降低安全事故發生概率，使得地面沉降得到明顯控制[2]。

4.2 結構設計技術

在工程施工過程中，現代化的洞口掘進機已經出現了曲折，新的盾構體以及多形狀的盾構機，可用于解決取率半徑小、彎道施工以及復線隧道施工的問題。國內主要將盾體分為兩到三節，活動面有拱形、H和V形等形狀，只有較邊緣化的曲面半徑限制，在推進過程中可作水平與豎直轉動，形成多樣化的隧道，但是目前比較常用的盾體結構是斷面式結構，屬于國家領袖級別的設計技術。

4.3 刀具技術

在工程施工過程中，現代化的盾構掘進機有多種切割發展方向，可依據不同的機械設備位置而進行改變，只需要適當地調整刀盤刀具即可實現盾構掘進機刀具方向的隨機化以及異形化。刀盤刀具的技術多樣性帶來了新的地層結構多樣性，可依據新刀具的壽命以及技術進行綜合分析。

4.4 液壓推進與導向技術

在工程施工過程中，國內比較先進的盾構工程施工一般是在開挖面以及盾構體周邊主要位置布置監控點，確保實時采集盾構掘進機的運行情況、土壓以及地層干擾信號等，及時將所收集到的信息輸送到信號處理計算機終端中，確保應用互聯網計算機技術分析多種數據，及時將數據發送到液壓系統中進行信號的實時控制，實現對盾構結構體推向以及導向方向的自動化控制，基本實現無人化的精準操作。國內某條地鐵線所使用的法國盾構以及復線隧道施工都配置較強的計算機信息處理以及控制系統，應用該項系統可減少工程施工中的人員勞動強度，提高機械設備的工作效率以及施工精度。通過所采集到的實時化數據信息提高數據分析、反饋以及控制能力，便于現場工作人員的實時決策，盡可能達到工程工作效率提高的作用[3]。

4.5 磚砌技術

在工程施工過程中，盾構工程施工是采用管片拼裝系統將砼管片拼裝成隧道襯砌，增添一些管片拼裝系統子系統結構，以此實現回轉機構、水平移動液壓缸等基礎性結構的穩定性維護，在關鍵時期應用自動化裝置實現管片機械化操作和位移。國內的管片對中以及拼裝主要靠人為工程施工，其消耗了大量的人力、物力以及財力，會浪費大量的掘進機運行時間，會直接影響到工程施工進度。由于日本已經研制自動化管片拼裝設備，可自主進行砼管片的輸送、拼裝機鉗住管片等操作，實際效果良好，因此，在具體的工程施工中還是要應用新標準和引進新技術實現最優的設備工程施工。

4.6 防水技術

在工程施工過程中，防水技術以及同步化的注漿技術是盾構施工中的重要性技術，主要應用環向與縱向膨脹橡膠防水以及土工防水布等技術，有效地控制地面沉降。除此之外，還可以確保盾構掘進機推進過程中，土壤地殼活動得到一定的平復及時填充空隙。

5 結語

綜上所述，現階段國家越來越重視盾構掘進機及其液壓技術。為進一步提升盾構掘進機的應用成效，需要根據實際情況了解隧道工程施工流程，避免傳統工程施工中存在的弊端，增強工程施工的穩定性與合理性，確保高質量的工程施工，充分地利用現代化技術確保隧道開挖以及掘進施工的工程施工精準性，利用盾構掘進機的優勢提高施工效率，確保液壓技術的最終應用成效。

【參考文獻】

【1】陳亮，黨齊乾，李四敏，等.掘進機常見的故障原因分析及處理方法探討[J].內燃機與配件，2021（01）：114-115.

【2】胡忠利.掘進機自動截割控制系統的設計[J].煤礦機械，2021，42（01）：5-7.

【3】賀亞發.掘進機自動化功能的升級設計與應用[J].機械管理開發，2020，35（12）：212-213+221.