大截面矩形隧道掘進(jìn)機(jī)新型后推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈培堅(jiān)

(上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，上海 2 00072)

0 引言

眾所周知，矩形斷面隧道比圓形斷面隧道更能充分利用結(jié)構(gòu)斷面，合理的形狀分布能減少土地征用量和地下掘進(jìn)面積，有利于降低工程總體造價(jià)［1］，被廣泛應(yīng)用于城市的地下人行通道、綜合管廊等市政隧道工程中。在矩形隧道建造中，大都采用矩形隧道掘進(jìn)機(jī)成套設(shè)備，其中的后推進(jìn)系統(tǒng)是掘進(jìn)機(jī)在施工中推進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備［2］。掘進(jìn)機(jī)通過(guò)后推進(jìn)系統(tǒng)中的液壓油缸頂伸來(lái)產(chǎn)生向前掘進(jìn)的動(dòng)力。由于各種形式的小口徑掘進(jìn)機(jī)本體受后頂作用力面積較小，所用推進(jìn)液壓油缸數(shù)量少，較易控制。而大截面(6 m×4 m以上)矩形隧道掘進(jìn)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)掘進(jìn)機(jī))不同于其他形式的小口徑掘進(jìn)機(jī)，因其大截面、大寬度矩形的特點(diǎn)，使掘進(jìn)機(jī)在初始以及在以后的各個(gè)掘進(jìn)階段會(huì)受到各個(gè)方向的作用力，特別是受后推進(jìn)左右兩邊的頂力影響比較大，通常容易形成水平方向的左右偏差，控制比較困難。

上海陸家嘴中心區(qū)域地下空間項(xiàng)目工程，分別建造4條(6 m×4 m)地下矩形通道來(lái)連接上海中心、國(guó)金中心、金融大廈、環(huán)球大廈和地下空間區(qū)域等地下部分，形成一個(gè)共同的地下空間。由于項(xiàng)目四周都是高樓大廈，地面道路均是主干道，地質(zhì)情況復(fù)雜，始發(fā)井設(shè)置與施工難度較高。工程需要采用不設(shè)接收井在封閉空間內(nèi)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)洞，以及在狹小始發(fā)井內(nèi)采用掘進(jìn)機(jī)斜向出洞等用于特殊環(huán)境下的矩形隧道建造技術(shù)。這種工況不僅增加了掘進(jìn)機(jī)作業(yè)的難度，也加大了后推進(jìn)系統(tǒng)左右兩邊偏差控制的難度，如果后推進(jìn)系統(tǒng)不能起到有效的控制作用，將會(huì)引起掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)軸線(xiàn)發(fā)生偏差，影響掘進(jìn)機(jī)的準(zhǔn)確進(jìn)洞。所以，在施工措施中，后推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)于確保工程的實(shí)施將起到關(guān)鍵性的作用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有許多關(guān)于矩形隧道掘進(jìn)機(jī)的施工、進(jìn)洞、風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施的相應(yīng)研究成果。文獻(xiàn)［3］介紹了3．3 m ×2．5 m 矩形頂管機(jī)頂推力對(duì)施工的影響;文獻(xiàn)［4］研究了矩形頂管斜向出洞的設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn);文獻(xiàn)［5］通過(guò)對(duì)大斷面矩形頂管始發(fā)常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，做出了防止栽頭和扭轉(zhuǎn)姿態(tài)的應(yīng)對(duì)措施;文獻(xiàn)［6］敘述了頂管掘進(jìn)機(jī)液壓油缸同步伸縮控制技術(shù);文獻(xiàn)［7］探討了變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)在電機(jī)控制中的應(yīng)用。以上相關(guān)文獻(xiàn)在論述后推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)控制掘進(jìn)機(jī)斜向出洞的左右偏差控制的作用與重要性方面比較少，敘述后推進(jìn)系統(tǒng)液壓油缸同步伸縮控制相對(duì)于斜向出洞的施工需求針對(duì)性不夠，對(duì)變頻電機(jī)直接應(yīng)用于后推進(jìn)系統(tǒng)液壓控制未作詳盡描述。傳統(tǒng)的后推進(jìn)系統(tǒng)存在的問(wèn)題是:液壓油缸整體同步伸縮控制方式在應(yīng)對(duì)斜向出洞左右頂推力差異較大的工況時(shí)，左右偏差控制比較困難;在操作上設(shè)立單獨(dú)控制臺(tái)，與掘進(jìn)機(jī)主機(jī)分開(kāi)工作，使施工作業(yè)不協(xié)調(diào);在控制上采用單片機(jī)作為控制主機(jī)，抗干擾性差，故障率高，不易調(diào)試與擴(kuò)展;在液壓系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)控制響應(yīng)速度較慢，影響糾偏效率，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障較多等。為此，本文以上海陸家嘴中心區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為背景，著重開(kāi)展對(duì)掘進(jìn)機(jī)新型后推進(jìn)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，來(lái)有效地解決上述存在的難題。研究的技術(shù)創(chuàng)新措施包括:采用液壓油缸左右側(cè)分別同步伸縮控制技術(shù)，將能充分克服掘進(jìn)機(jī)斜向出洞時(shí)左右頂推力差異較大的難題;設(shè)計(jì)把后推進(jìn)系統(tǒng)操作與控制功能融入掘進(jìn)機(jī)主控系統(tǒng)的方案，省去單獨(dú)控制臺(tái)，使操控協(xié)調(diào)、直觀簡(jiǎn)便;用PLC替代單片機(jī)控制來(lái)為施工軸線(xiàn)糾偏提供保障，降低系統(tǒng)故障率，更便于調(diào)試與升級(jí);將采用變頻電機(jī)直接控制液壓定量泵技術(shù)，能保證偏差控制可靠、響應(yīng)快速，既節(jié)能又優(yōu)化液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本文還將對(duì)新型后推進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)和實(shí)際施工操作進(jìn)行詳盡論述。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

掘進(jìn)機(jī)新型后推進(jìn)系統(tǒng)的總體構(gòu)架設(shè)計(jì)涵蓋了控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1 Structure of rear propulsion system

2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)后推進(jìn)油缸組設(shè)計(jì)為左右兩側(cè)分別同步控制形式，使兩邊油缸能各自分別靈活作業(yè)。采用計(jì)算機(jī)PLC控制技術(shù)，可在控制室確定手動(dòng)或自動(dòng)模式工作，在人機(jī)對(duì)話(huà)觸摸屏、操作面板上發(fā)出控制指令，PLC主站將信息通過(guò)CC-Link網(wǎng)絡(luò)傳遞到各個(gè) CC-Link子站。由地面控制柜CC-Link子站來(lái)控制左右2臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)泵站工作，使左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸伸出帶動(dòng)頂鐵、混凝土管段向前推進(jìn)掘進(jìn)機(jī)，并通過(guò)左右兩側(cè)井下控制柜的CC-Link子站來(lái)控制左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸的液壓閥組。系統(tǒng)各類(lèi)傳感器通過(guò)對(duì)水平方向左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸的伸出行程、速度和壓力檢測(cè)，以及全站儀的推進(jìn)軸線(xiàn)測(cè)量，經(jīng)過(guò)綜合分析、運(yùn)算處理來(lái)解決左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸的行程偏差控制問(wèn)題，同時(shí)對(duì)兩側(cè)后推進(jìn)油缸推進(jìn)壓力與速度進(jìn)行作業(yè)同步控制，保持壓力均衡，以實(shí)現(xiàn)施工軸線(xiàn)處于有效控制范圍內(nèi)的目的。系統(tǒng)控制原理如圖2所示。

3 系統(tǒng)技術(shù)方案

3．1 控制系統(tǒng)

3．1．1 結(jié)構(gòu)

地面控制部分，由控制室、掘進(jìn)機(jī)主站PLC(三菱A2US1)、后推進(jìn) CC-Link網(wǎng)絡(luò)主站模塊(三菱A1SJ61BT11)、地面控制柜和 CC-Link子站(三菱AJ65SBTB1-32DT、AJ65SBT-64AD、AJ65SBT-62DA)、2套驅(qū)動(dòng)變頻器(富士變頻器FRN30G11S-4、電抗器DCR4-30)和CC-Link通信電纜等組成，形成地面控制構(gòu)架。PLC主站與CC-Link主站通信模塊見(jiàn)圖3。地面控制柜、CC-Link子站和變頻器見(jiàn)圖4。AJ65SBT-64AD、AJ65SBTB1-16T 型)、激 光 距離(Baumer:OADM 12型)和壓力傳感器(PT124B-210型)，包括CC-Link通信電纜等組成，形成井下控制構(gòu)架。井下控制柜、液壓閥組和CC-Link子站見(jiàn)圖5。

圖2 系統(tǒng)控制原理示意圖Fig．2 Control principle of rear propulsion system

圖3 PLC主站與CC-Link主站通信模塊Fig．3 Communication module of PLC master station and CC-Link master station

圖4 地面控制柜、CC-Link子站和變頻器Fig．4 Ground surface control cabin，CC-Link subsite and inverter

圖5 井下控制柜、液壓閥組和CC-Link子站Fig．5 Underground control cabin，hydraulic valve group and CC-Link subsite

3．1．2 原理與特點(diǎn)

控制系統(tǒng)是后推進(jìn)系統(tǒng)的大腦與神經(jīng)，故設(shè)計(jì)了采用PLC可編程控制器來(lái)作為整套控制系統(tǒng)的核心。PLC具有系統(tǒng)功能強(qiáng)、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)單片機(jī)控制存在抗干擾能力差、故障率高、不易調(diào)試與擴(kuò)展等問(wèn)題。系統(tǒng)由掘進(jìn)機(jī)PLC主站組合后推進(jìn)專(zhuān)用CC-Link網(wǎng)絡(luò)主站模塊構(gòu)成工作主站，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用CC-Link形式，是一個(gè)可同時(shí)進(jìn)行控制和信息傳遞的高速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)［8］。與地面、井下的控制柜中的CC-Link子站構(gòu)成局域網(wǎng)控制。由主站對(duì)各個(gè)子站進(jìn)行作業(yè)指令的發(fā)送、數(shù)據(jù)傳輸采集和運(yùn)算處理。

系統(tǒng)創(chuàng)新地借用了掘進(jìn)機(jī)PLC主站(傳統(tǒng)方法都是分別設(shè)控制系統(tǒng))，在主站機(jī)架上插入用于后推進(jìn)控制的CC-Link主站模塊，將后推進(jìn)控制功能融入掘進(jìn)機(jī)的控制系統(tǒng)，使2套系統(tǒng)合二為一，節(jié)省了1套后推進(jìn)控制PLC硬件系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)。

系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)合理、功能齊全、控制安全可靠，實(shí)現(xiàn)了后推進(jìn)系統(tǒng)與掘進(jìn)機(jī)主機(jī)共同遠(yuǎn)程控制和操縱。具有報(bào)警和連鎖功能，能對(duì)各電機(jī)和控制回路進(jìn)行必要的保護(hù)，配合觸摸屏實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)及故障狀態(tài)［9］，發(fā)揮監(jiān)控和信號(hào)指示等作用。

3．2 操作系統(tǒng)

3．2．1 結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由操作臺(tái)、操作面板、2臺(tái)光洋GC-56LC型10″彩顯觸摸屏、通信電纜與地面控制柜操作面板等組成，形成操作構(gòu)架。由于將后推進(jìn)控制功能結(jié)合進(jìn)掘進(jìn)機(jī)的主控系統(tǒng)，所以傳統(tǒng)的后推進(jìn)單獨(dú)操作臺(tái)就省略了，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。傳統(tǒng)后推進(jìn)系統(tǒng)獨(dú)立操作臺(tái)與現(xiàn)操作臺(tái)如圖6所示。

圖6 傳統(tǒng)后推進(jìn)系統(tǒng)獨(dú)立操作臺(tái)與現(xiàn)操作臺(tái)Fig．6 Conventional independent console Vs current console

3．2．2 原理

在作業(yè)前，可在觸摸屏上設(shè)置控制模式(手動(dòng)或自動(dòng)、聯(lián)機(jī)或脫機(jī))，選擇所需要工作的后掘進(jìn)機(jī)油缸，在操作面板上啟動(dòng)左右泵站工作。操作界面示意如圖6所示。

在推進(jìn)時(shí)，可確定手動(dòng)、聯(lián)機(jī)模式工作，由操作人員根據(jù)工作軸線(xiàn)的偏差、后推進(jìn)油缸的行程差和壓力值，在操作面板上進(jìn)行左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸推進(jìn)速度的手動(dòng)調(diào)節(jié)，聯(lián)機(jī)模式使掘進(jìn)機(jī)與后推進(jìn)系統(tǒng)有相關(guān)邏輯連鎖關(guān)系。在自動(dòng)模式工作時(shí)，則由系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的初始速度自動(dòng)推進(jìn)，同時(shí)根據(jù)采集的掘進(jìn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行推進(jìn)控制。

在管段安裝時(shí)，需采用手動(dòng)、脫機(jī)模式工作，即掘進(jìn)機(jī)與后推進(jìn)系統(tǒng)解除連鎖關(guān)系，由后推進(jìn)系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行相關(guān)安裝及輔助工作。

地面控制柜操作面板有手動(dòng)與自動(dòng)2種操作模式。本地模式時(shí)，主要是用于液壓泵、變頻器安裝后的調(diào)試以及故障檢修和維護(hù)時(shí)的手動(dòng)操作。地面控制柜操作面板如圖7所示。遠(yuǎn)程模式時(shí)，則由PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3．3 液壓系統(tǒng)

3．3．1 結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)把液壓泵站安置在地面始發(fā)井邊，把16個(gè)液壓油缸分成2組安裝在導(dǎo)軌上，每組各8個(gè)。油缸為等推力油缸，行程2 500 mm，推力2 000 kN。系統(tǒng)由液壓油缸組、液壓泵站(油箱、油壓表、油位表，30 kW工作電機(jī)、定量泵與電磁閥組等)和壓力傳感器、液壓管路，以及安裝在后推進(jìn)油缸組邊上的油缸液壓控制電磁閥等構(gòu)成。后推進(jìn)油缸和液壓泵站如圖8所示。

創(chuàng)新地把系統(tǒng)左右兩側(cè)液壓油缸組的驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)各自分開(kāi)獨(dú)立設(shè)計(jì)，在液壓結(jié)構(gòu)上予以徹底分開(kāi)，可充分應(yīng)對(duì)左右兩側(cè)頂推力差異較大的工況，排除了相互間的控制干擾。系統(tǒng)采用2套液壓泵、電磁閥、電機(jī)、變頻器和井下液壓閥組，實(shí)施分別同步驅(qū)動(dòng)控制。其液壓原理如圖9所示。

圖7 地面控制柜操作面板Fig．7 Operation panel of control cabin at ground surface

圖8 后推進(jìn)油缸和液壓泵站Fig．8 Hydraulic cylinders and hydraulic pump station of rear propulsion system

圖9 液壓原理圖Fig．9 Principle of hydraulic system

3．3．2 原理與特點(diǎn)

系統(tǒng)工作時(shí)，由地面控制柜中的2臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)液壓泵站中的工作電機(jī)與液壓定量泵，通過(guò)改變2臺(tái)變頻器的輸出頻率，來(lái)分別對(duì)2臺(tái)液壓定量泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到對(duì)2路液壓輸出流量的控制，使左右兩側(cè)的后推進(jìn)油缸組的推進(jìn)速度分別得到有效的控制。同時(shí)由2臺(tái)井下控制柜通過(guò)液壓控制閥組對(duì)左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸組進(jìn)行伸縮數(shù)量的控制。實(shí)現(xiàn)了后推進(jìn)油缸組左右兩側(cè)分別同步推進(jìn)的控制，解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)只能整體同步控制而無(wú)法有效應(yīng)對(duì)左右推力差異較大的難題，具有較大的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。

系統(tǒng)采用獨(dú)特的變頻器直接控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓定量泵的技術(shù)，使系統(tǒng)控制極為可靠、伸縮響應(yīng)迅速，效果好，還省去了價(jià)格昂貴的液壓變量泵、比例閥和比例放大器。傳統(tǒng)液壓泵站的設(shè)計(jì)，都將液壓控制閥組安裝在站內(nèi)，每根油缸需要2根工作油管，共需要16根工作油管從地面?zhèn)鬏數(shù)骄?。而本系統(tǒng)采用了CC-Link控制模式，液壓控制閥組可從泵站內(nèi)轉(zhuǎn)移到左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸組邊，由井下控制柜通過(guò)CC-Link子站直接進(jìn)行控制，這樣地面的液壓泵站只要通過(guò)4根液壓管路(二側(cè)各1根進(jìn)油管和回油管)即可抵達(dá)井下的液壓控制閥組，使整個(gè)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，既便于安裝和調(diào)試，又節(jié)約了大量的材料與費(fèi)用，具有節(jié)能降耗的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)液壓構(gòu)件與現(xiàn)液壓構(gòu)件的對(duì)比如圖10所示。

3．4 監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)配備4路攝像機(jī)，1臺(tái)大屏幕彩色顯示器，1臺(tái)視頻矩陣切換器，1套網(wǎng)絡(luò)適配器。系統(tǒng)具有井下后推進(jìn)油缸組、掘進(jìn)機(jī)、井上和場(chǎng)地圖像傳輸與共同顯示功能，顯示畫(huà)面可進(jìn)行相互切換，保證對(duì)施工的作業(yè)場(chǎng)面監(jiān)控。特別是在后推進(jìn)油缸組兩側(cè)設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，不但能使控制室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能借助網(wǎng)絡(luò)向指揮中心傳送圖像信號(hào)［10］。顯示器、視頻矩陣切換器和網(wǎng)絡(luò)適配器如圖11所示。

系統(tǒng)觀察范圍較大，可滿(mǎn)足整個(gè)施工區(qū)域的監(jiān)控，并且可適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境條件。

圖11 顯示器、視頻矩陣切換器和網(wǎng)絡(luò)適配器Fig．11 Monitor，video matrix switcher and network adapter

4 實(shí)際施工操作

4．1 工程現(xiàn)場(chǎng)

始發(fā)井位于上海環(huán)球金融中心大廈邊，掘進(jìn)機(jī)向上海中心大廈方向斜向推進(jìn)。后推進(jìn)系統(tǒng)的施工布置結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖12 施工布置結(jié)構(gòu)示意圖Fig．12 Layout of construction devices

4．2 后推進(jìn)操作

系統(tǒng)在實(shí)際施工中，根據(jù)矩形隧道掘進(jìn)的施工工藝，以及測(cè)量的掘進(jìn)機(jī)工作軸線(xiàn)與左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸行程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合掘進(jìn)機(jī)控制界面、后推進(jìn)裝置操作觸摸屏、操作面板和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行綜合操縱控制。操作人員通過(guò)控制界面和操作臺(tái)控制開(kāi)關(guān)，進(jìn)行作業(yè)數(shù)據(jù)輸入，實(shí)施頂進(jìn)、出洞、進(jìn)洞、混凝土管節(jié)安裝等施工。

4．2．1 控制界面

后推進(jìn)操作的控制界面由泵站啟動(dòng)和作業(yè)操作這2個(gè)觸摸屏界面構(gòu)成。本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)專(zhuān)用人機(jī)對(duì)話(huà)控制界面，比傳統(tǒng)的機(jī)械式按鈕操作方式提升了技術(shù)層次，使操作更加直觀、方便，提高了作業(yè)效率和可靠性，降低了故障率。

4．2．2 主要控制操縱

1)推進(jìn)準(zhǔn)備。首先要按照施工作業(yè)指令，設(shè)定推進(jìn)工作軸線(xiàn)參數(shù)，啟動(dòng)水泵、油冷卻泵和風(fēng)機(jī)工作，選擇左右兩側(cè)需工作的后頂油缸的數(shù)量與位置，確定操作模式。

2)推進(jìn)作業(yè)。在初始掘進(jìn)時(shí)應(yīng)采用手動(dòng)操作模式工作。操作人員根據(jù)左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸行程偏差，手動(dòng)調(diào)節(jié)后推進(jìn)油缸的左右頂進(jìn)速度。同時(shí)，要求頂進(jìn)管段自始至終都要在測(cè)量工作的嚴(yán)格控制下進(jìn)行［11］，保持全站儀全程對(duì)軸線(xiàn)偏差的測(cè)量。要時(shí)刻觀察后推進(jìn)系統(tǒng)的液壓推力、掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)工況、土壓平衡變化狀態(tài)，并通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)察看后推進(jìn)油缸實(shí)際的伸縮情況，合理地控制后推進(jìn)油缸的推進(jìn)速度與推力。

在自動(dòng)操作模式工作時(shí)，需設(shè)定頂進(jìn)初始速度，然后進(jìn)行油缸的作業(yè)加載。系統(tǒng)將根據(jù)左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸行程偏差和軸線(xiàn)偏差，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)后推進(jìn)油缸的左右頂進(jìn)速度。當(dāng)PLC主站檢測(cè)到掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)方向往左偏離軸線(xiàn)時(shí)，PLC便自動(dòng)向左側(cè)后推進(jìn)油缸組的液壓驅(qū)動(dòng)變頻器發(fā)出加大推進(jìn)頻率的輸出指令，同時(shí)向右邊后推進(jìn)油缸的液壓驅(qū)動(dòng)變頻器發(fā)出減小推進(jìn)頻率的輸出指令。對(duì)左右兩側(cè)后推進(jìn)油缸伸縮的速度與行程偏差進(jìn)行同步修正，使掘進(jìn)機(jī)本體逐漸向右靠近設(shè)計(jì)軸線(xiàn)，回歸到正確的前進(jìn)方向上。反之，則相反處理。同時(shí)，將根據(jù)土壓平衡、液壓推力和油箱溫度等情況，自動(dòng)作出速度的調(diào)整或停止作業(yè)等措施，使推進(jìn)達(dá)到最佳的施工控制狀況。

4．2．3 推進(jìn)流程

在縮回全部后推進(jìn)油缸后，將第1節(jié)管段吊下工作井，安裝在掘進(jìn)機(jī)后面，后推進(jìn)油缸伸出開(kāi)始頂進(jìn)。當(dāng)后推進(jìn)油缸達(dá)到最大行程后，本節(jié)管段頂進(jìn)結(jié)束。操作臺(tái)手動(dòng)操縱后推進(jìn)油缸全速縮回，再吊入第2節(jié)管段，接著繼續(xù)頂進(jìn)。如此循環(huán)，直至頂完全程［12］，把所有混凝土管段全部頂入矩形隧道完成施工。

4．2．4 實(shí)施效果

本系統(tǒng)于2013年7月和10月在上海浦東陸家嘴中心區(qū)，應(yīng)用于連接上海中心和環(huán)球金融大廈之間，以及上海中心與地下空間區(qū)域的地下矩形通道斜向出洞的掘進(jìn)施工中，取得了成功。系統(tǒng)還將繼續(xù)運(yùn)用于連接上海浦東陸家嘴中心區(qū)各個(gè)大廈之間的地下矩形通道掘進(jìn)施工。

5 結(jié)論與探討

1)大截面矩形隧道掘進(jìn)機(jī)新型后推進(jìn)系統(tǒng)是地下矩形隧道施工的核心設(shè)備之一，對(duì)于確保工程的順利實(shí)施起到了關(guān)鍵性的作用。

2)在上海浦東陸家嘴中心區(qū)地下矩形通道工程中，針對(duì)采用掘進(jìn)機(jī)斜向出洞的施工工藝特點(diǎn)，以及掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)階段受到左右方向作用力影響較大的特征，研制了適用于該施工工藝與相關(guān)工藝的后推進(jìn)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性與可操縱性，在施工中得到了很好的實(shí)踐應(yīng)用。

3)本文研究的各項(xiàng)創(chuàng)新舉措，與傳統(tǒng)的研究相比，具有較大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，充分體現(xiàn)出系統(tǒng)的先進(jìn)性、實(shí)用性和可靠性。

4)本文的研究對(duì)類(lèi)似工程和大截面矩形隧道掘進(jìn)機(jī)的施工技術(shù)實(shí)踐有著積極的推進(jìn)和借鑒作用，并且同樣適用于大直徑圓形掘進(jìn)機(jī)的施工作業(yè)。

5)目前系統(tǒng)推進(jìn)液壓油缸(同組)只能同時(shí)做伸或縮的操作，尚存在無(wú)法使同組油缸既有在做伸的動(dòng)作，同時(shí)又有其他油缸在做縮動(dòng)作的難題，影響了施工效率的提高;系統(tǒng)的控制方式還不夠豐富;系統(tǒng)抗干擾性能力還不太強(qiáng);研制成本偏高。這些問(wèn)題都有待于進(jìn)一步研究、討論和解決。

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