掌握这些关键技术后中国异形掘进机不再受制

  我国异形掘进机技术技术经过20多年来的发展得到长足的进步，已掌握异形掘进机全断面开挖技术、异形管片拼装技术等关键技术，部分领域已经走在了世界前列，目前异形掘进机的关键技术发展如何？跟随小编共同来看看吧~

  单一圆刀盘旋转切削没办法实现非圆形断面的开挖，异形掘进机多采用组合刀盘联合切削实现异形断面开挖。目前，异形掘进机的刀盘可分为中心轴驱动刀盘、偏心多轴驱动摆动刀盘、行星轮驱动刀盘。

  通过上述刀盘的自身组合及相互组合又可构成多种异形断面切削系统，最重要的包含偏心摆动组合刀盘、中心轴刀盘+偏心摆动刀盘、中心轴刀盘+行星轮驱动刀盘、平行轴多刀盘形式。

  异形隧道管片拼装机是异形掘进机成套装备系统中的核心部件。异形隧道管片形状呈矩形、马蹄形或其他非圆形，管片拼装作业空间随管片断面形状的变化而变化，无法采用常规单一圆形拼装机通过简单的回转运动实现管片拼装。目前，国内展开研究的异形管片拼装机大致可分为回转式拼装机、立柱式拼装机、上下半管节式拼装机和环轨式拼装机（理论研究阶段）4类。

  回转式管片拼装机的操作方法与圆形盾构管片拼装机基本类似，但是，由于采用回转方式拼装管片，要求管片的形状与管片拼装机外形相近，应为圆形或接近圆形（如马蹄形、类矩形），否则在管片拼装机抓取管片后旋转到相应位置拼装时，无法将管片伸长至设定位置，导致管片拼装作业困难。回转式拼装机根据单台掘进机配置拼装机数量分为回转式单拼装机和回转式双拼装机。

  对于马蹄形隧道，断面为三心圆形状，上部为圆拱，下部稍扁，左右两翼下侧的弧度较小。其拼装系统采用双提升臂单拼装机形式。

  管片拼装机通过绕掘进轴线的旋转运动与双提升臂的伸缩运动实现管片在隧道断面内的定位。同时，马蹄形管片拼装机特殊设计了自适应变曲率管片抓取机构，在常规六自由度基础上，增加了机械双点抓持的冗余自由度微调机构，实现了变曲率管片的拼装。

  对于类矩形断面，受狭小空间限制，提出一种单机械臂管片拼装机，采用类似于挖掘机铲斗驱动臂的机构实现管片在隧道断面内的定位，具有结构紧密相连、管片移送距离长和管片姿态调整灵活的特点。

  此外，针对该类拼装机拼装控制方面，陶建峰等通过对其运动学逆解计算，得出拼装运动路径，运用PID控制实现管片拼装轨迹自动控制。但其缺点也显而易见，由于布置的2台回转式管片拼装机占用了大量的盾体空间，给盾构内的管线、管路、螺旋输送机和设备桥的布置带来了严峻挑战。

  上海虹桥临空区域地下连接通道项目的矩形盾构采用立柱式管片拼装机。拼装机由立柱基座、上下移动机构、横臂伸缩机构、回转机构和管片抓取机构等组成。该拼装机具有结构相对比较简单、单环拼装次数少的优点，但同样面临盾体内空间占用较大的问题，易与设备内其他元器件发生干涉。

  济宁市市北电缆隧道工程采用较小断面的矩形盾构，其管节形式为上、下分半式，每环拼装仅2次，拼装系统采用简单的油缸伸缩实现下管片的吊装和上管片的托举，并辅以人工旋转，具有简单易操作、设备成本低的优点，但同时也有自动化程度低的缺点。

  环轨式管片拼装机包括行路机构和拼装机构。管片拼装机安装在盾构盾体的固定环形轨道上，通过行路机构可以在轨道上行走，通过拼装机构完成管片拼装，其操作方法与圆形盾构管片拼装机类似，管片拼装机内部空间较宽裕，布置管线、管路、螺旋输送机等较为方便，并且轨道的形状可根据断面的形状来加工，具有较强的断面适应性。但是，该类型管片拼装机结构设计复杂，目前仅日本的技术人员对其进行过研制，国内顾旭莹和郑中山等对该类型拼装机进行了初步研究，但均未制作样机，研究有待深入。

  异形掘进机沉降主要是由于土舱压力波动和背土，与圆形掘进机类似，但又存在其特异性。

  异形掘进机通过土压传感器进行实时测量的同时，多采用双螺旋输送机联合出渣，实现左右土舱压力均匀性控制。另一方面，国内开发了基于参数在线自调整的PID闭环控制技术，实现了异形掘进机顶推载荷顺应性控制；同时，部分异形掘进机在土舱隔板处还设计有油缸驱动的土压调节装置，以辅助稳压。

  国内异形掘进机完成了多项防背土创新设计，如盾体前大后小锥形壳体设计、新型帽檐减摩结构设计和压力流量双控自动减磨控制等。

  异形隧道对掘进机轴线偏离、滚转偏离等提出了更加高的要求。对于轴线偏差，同常规圆形盾构类似，利用纠偏油缸实现掘进设备的上、下、左、右纠偏；防滚、纠滚技术措施主要包括：

  1）多刀盘位置合理布置和多刀盘转向协同控制，通过刀盘支反力作用，达到稳态、纠态的作用；

  3）盾体内设备合理布置，尽量保证左右质量相当，也可通过配重方式，做到不偏重；

  随着国内异形掘进机的加快速度进行发展，国内异形掘进机施工案例也逐步增多，实施工程技术不断的提高。除注浆减磨、渣土改良、始发接收、沉降检验测试、导向纠偏、出渣、异形管片拼装等常规掘进机实施工程技术外，对异形掘进机的特殊工况实施工程技术也有诸多探索，例如：超浅覆土、超小间距、超小空间等复杂工况实施工程技术，洞内接收、压力接收等接收技术，分步施工地下空间技术等。

  综合来看，20多年来我国异形掘进机已得到长足发展，部分领域已经走在了世界前列，而在实现设计数字化、制造模块化、感知智能化、控制无人化、管理网络化和结构多样化等方面还要进一步开拓创新。