盾构机液压推进系统

推进液压缸安装在密封仓隔板后部，沿盾体周向均匀分布，是推进系统的执行机构。推进系统由安放在盾尾的主驱动泵提供高压油，通过各类液压阀的控制来实现各种功能。盾构液压推进系统既能满足盾构总推力及速度控制要求，又能提高管片拼装的效率。液压推进系统液压缸采用分区控制，在满足姿态控制的同时减少控制的复杂程度，降低制造成本，提高经济效益。采用比例减压控制策略能满足盾构液压推进控制系统的工程实际需要。

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。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。

盾构掘进机(简称盾构)依靠液压缸的推力向前推进，其前进方向和姿态靠液压缸的协调动作实现。液压缸的精确控制是保证盾构沿着设计的路线方向准确向前推进的前提。

1  液压推进系统的功能

推进系统的功能是使盾构向前运动，同时推进液压缸，并保持管片的定位。液压推进系统有推进模式和管片拼装模式2种操作模式。

1）推进模式

在推进模式下，系统的功能是克服阻力，提供盾构前进的动力以及盾构姿态调整的扭转力矩。推进模式下泵提供高压液压油。可通过改变泵的输入信号未调整泵的输出流量，从而调整推进速度。

在盾构施工中，隧道轴线与设计轴线的偏差量是衡量盾构施工质量的一个重要指标。为达到要求，液压推进系统采用分区控制，合理调节推进系统液压缸各个分区的推进压力可以得到所需扭转力矩，从而完成盾构姿态的调整。

2）管片拼装模式

在管片拼装模式下，系统的功能是盾构完成一段掘进后，实现管片拼装成环。这时推进液压缸的作用是使液压缸回缩，为某块管片提供拼装空间；保持管片的定位，防止管片下落；克服推进面的水土压力，防止盾构后退。为了提高管片拼装速度，系统设置了低压高流量的齿轮泵，提高了液压缸伸缩速度。管片拼装模式下系统压力为10 MPa，可以满足管片定位的需要。

    2  液压推进系统的分区

在掘进施工中，盾构需要按照指定的路线轨迹轴向前进，因此刀盘或刀架的精确进刀与对刀至关重要。而被切削的地质比较复杂，整个盾构盾体受到地层的阻力往往不均，容易使盾构的掘进方向发生偏离，这时就需要通过协调精确控制推进液压缸来实现盾构的纠偏，达到盾构沿设计路线轨迹推进的目的。

另外，盾构进行曲线推进时，有时要前倾、后仰、左右摆动或向复合方向上掘进。

在盾构的施工中，隧道轴线与设计轴线的偏差量是衡量盾构施工质量的一个重要指标。为了达到要求，通常需要合理调节推进系统液压缸的推进压力以得到所需扭转力矩，从而实现盾构姿态的调整。

由于推进系统液压缸数量较多，为了减少液压缸的控制阀数量、控制成本、降低复杂程度，可采用分组分区控制，即将相邻的2个液压缸作为1组控制，将为数众多的推进液压缸小组按圆周分成几个区，对各分区液压缸分别进行控制。这样既可以节约成本、降低控制复杂程度，又可以实现对盾构姿态调整、纠偏的精确控制。

某系统采用4个分区(图1-5)，分区个数比较少，布局分为上、下、左、右4个区，姿态和纠偏控制简单。左、右分区各有4组8个液压缸，上分区有5组10个液压缸，下分区有6组12个液压缸。每个分组2个液压缸中1个液压缸装有行程传感器，图1-5中加黑的圆圈代表带行程传感器的液压缸，没有加黑的圆圈代表没有行程传感器的液压缸。每个分区装有1个压力传感器，对分区压力进行监控。

推进系统采用分区控制设计，各分区间只是在盾构截面的分布位置不同，各分区采用的控制方式完全相同。各分区油缸中设专门的压力传感器及位移传感器各1个，实时监测推进液压缸的推进压力及推进位移，与分区中的电液比例减压阀构成闭环。可以实时进行压力控制，控制推进液压缸的推进压力，从而控制盾构前进的推力；协调控制各个分区的压力，由此控制盾构的扭转力矩来完成盾构姿态的调整。位移可由行程传感器对液压缸直接测得。

3  盾构机液压推进系统的组成  

盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图1-6），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的纠偏功能。其中，Z4、Z11、Z19、Z27号液压缸带位移传感器。

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