三维CAD技术在液压挖掘机设计中的应用

宗俊杰　张虓

[摘 要]盾构掘进机在隧道的施工中能够体现出非常明显的优势，主要体现在其自动化的程度非常高，同时在施工的过程中也不会受到客观因素的影响，同时也能减少人力的使用，操作的过程中不需要掌握非常复杂的技术和流程，所以其也被广泛的应用在很多领域。本文主要分析了盾构掘进机及其液压技术的应用，以供参考和借鉴。

[关键词]盾构掘进机；电液控制系统；发展趋势

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0280-01

盾构掘进机在工作的过程中主要的工作原理就是用一个圆柱体的钢组件沿着隧洞的轴线边缘方向将土壤向前推进，然后进行挖掘施工，圆柱体组件的壳就是护盾结构，它对还没有衬砌的隧洞段起到非常好的临时支撑作用，同时还可以分担周围土层的压力，所有的施工工作都可以在护盾的掩护下完成。

1、传统隧道施工和现代盾构施工

传统的隧道施工时用人活着是机械进行土方的开挖。然后再将其撞倒矿车上进行外运，然后再采取一系列有效的措施对已经完成开挖施工的隧道进行支护，但是这种支护方式如果遇到了淤泥或者是其他不利的地质条件的时候是很难做到及时有效的支护的所以也非常容易出现坍塌的状况，同时还可能会出现地面大面积的塌陷。而盾构施工就是在实际的施工中应用一个能够起到支护作用，同时还能够在地下完成所有的挖掘出土和隧道支护等施工过程，它可以减少地面出现塌陷的几率，和传统的施工技术相比，采用盾构法进行施工可以很好的保证施工电费安全性和可靠性，同时这种施工方法可以利用很多机械完成一些复杂的工作，其施工环境也相对较好，而且在地下水水位较高，同时施工地段的地质状况又非常复杂的时候只有使用盾构法才能顺利的开展施工工作。在很多发达国家，这种技术进行隧道施工已经占所有施工方法的90%以上，盾构施工方式可以在隧道直径只有0.2米的状况下完成施工，所以这种方法比较适合使用在地铁隧道、铁路隧道和公路隧道等各种比较复杂的隧道施工中，我国对环保问题越来越重视，所以在隧道施工中盾构法已经成为一种比较受人推崇的施工方法，这种方法也在不断的发展和完善，在这样的情况下其也发展成为了一种集计算机、电、液光为一体的综合性施工技术，盾构掘进机也成为了这一施工技术中的一个必不可少的机械。

2、盾构机的发展趋势

盾构隧道掘进实际上已经有一百多年的发展历史，盾构隧道施工的方法通常是和盾构掘进机有着密切关联的。施工中主要的控制点就是地面的稳定性和地面的沉降量、衬砌和隧道质量这三个要点进行施工当前建设。盾构掘进技术是一个集合了液压技术、机电控制技术、测控技术以及计算机技术的一种综合性的技术，这些技术在我国也在不断的发展和完善，所以盾构机掘进技术也在逐渐的进步。

2.1 地层稳定和地面沉降控制技术

现代的盾构控制地面沉降最为基本也最为有效的一个方法就是采用泥水平衡和土压平衡的方式，平衡式的盾构方式通常就是通过预先设定土仓内部的压力来使得地层更加的稳定，在施工的过程中首先应该对施工的具体情况进行了解，然后再根据其具体的沉降情况来做出适当的调整，这种施工方式是一种滞后式的调整因为开挖面上的土层原始应力形式是相对较为复杂的，所以这种预先设定数值的方式也存在着非常明显的不足，，而施工质量主要是依靠施工人员自身的经验，所以这也给施工质量的控制造成了非常不利的影响，而如果选择平衡式的盾构就可以在土仓的内部形成一个相对比较好的涂鸦传感器，同时还有一个非常先进的控制系统，一般情况下都可以很好的保证地层自身的稳定性，这样也使安全事故发生的几率大大减小，地面沉降也得到了有效的控制，因此这项技术也成为了隧道开挖施工中的一个主要的发展方向。

2.2 结构设计技术

目前.盾构掘进机已出现可折曲的盾体和多体等形式解决曲率半径小的弯道施工和复线隧道的一次施工等问题。可以把盾体分成两到三截，转弯灵活：截面有眼镜形、三圆形、拱形、H和V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H和V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。

2.3 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。

2.4 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。某地铁撑线使用的法国盾构及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。

2.5 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ECL（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ECL技术是衬砌技术发展的两个方向。

2.6 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。

3、结语

隧道开挖施工的过程中，传统的施工方式和手段已经不能很好的保证施工的质量和工程的稳定性，而随着我国科学技术的不断发展，我国的很多施工技术也有了非常明显的进步，在隧道开挖和掘进施工中也时如此，盾构掘进机以其自身独到的优势越来越受到了人们的欢迎，未来这种设备还会有更广阔的发展空间。

参考文献

[1] 王建宇.关于我国隧道工程的技术进步[J].中国铁道科学.2001（01）.

[2] 胡胜利，乔世珊.混合式盾构机──盾构机技术讲座之四[J].建筑机械.2000（07）.