盾构管片拼装机液压控制系统

　　管片拼装机，又称举重臂，是盾构的重要组成部分。它是一种设置在盾尾部位，可以迅速把管片拼装成确定形式的起重机械。盾构顺利掘进完一环后，管片拼装机负责将预先制好的管片安装到刚开挖的隧道表面，形成衬砌，以此来支护新开挖的隧道表面。

　　管片拼装的质量将对地下水土的渗透和地表沉降直接产生影响。为了保证隧道的安全及洞壁强度，前后左右各个管片之间都要用螺栓固定起来，因此要求管片能够快速定位，若速度慢，则直接影响施工速度；同时又要求准确定位，否则连接螺栓就无法安装。基于此，要求操作人员能看到正在被安装的管片上的螺栓孔与已安装好的管片螺栓孔的相对位置，一边操作管片拼装机械手对正在安装的管片位置进行微调，使管片之间的螺栓孔能快速对位。一般来说，管片拼装均采用电液比例控制技术，这样可对管片运动进行准确有效的控制。

　　国外先进盾构管片拼装机从管片输送车抓起管片，进行姿态调整，到输送到位，共由7个动作组成，可实现全自动准确控制。国内自行开发的中小型盾构的管片拼装机准确定位性较国外要稍差一些，而且有时不能完全实现6自由度运动，只能实现几个必要动作，这样就容易导致施工进度和掘进效率降低。另外，国内几个大型盾构施工单位从国外引进的盾构机技术严格保密，很难深入了解掌握引进的管片拼装自动控制的核心技术。基于此，本文综合考虑了管片拼装的运动过程，采用电液比例控制技术对管片拼装的自动控制及准确定位进行详细分析，相关研究结果可为不同类型盾构管片拼装的液压驱动控制提供参考帮助。

　　1 盾构管片拼装机工作原理

　　管片是一块预先浇铸好的混凝土环状砌块，在盾构的后部靠管片拼装机械手把它快速拼装起来，要完成管片的拼装，管片必须能有6个方向的运动：纵向直线运动(沿隧道轴线)、径向直线运动(隧道断面方向)、圆周方向回转运动(绕隧道轴线)、以及管片姿态调整的绕3个坐标的旋转运动。相应的管片拼装机有6个自由度，其示意图如图1所示，6个自由度的运动分别由电液比例控制模块通过液压马达和液压缸来实现。

　　图1 管片拼装机6自由度示意图

　　据现场实际使用过程中得出的施工数据表明，当盾构所遇到的土质与盾构刀具设计工况相近时，盾构能基本按照设计速度推进。在这种情况下，限制盾构推进速度的主要因素是后部的管片拼装速度。因此，高效、高可靠性且操作方便的管片拼装机在盾构法施工中是最关键设备之一，尤其以管片拼装机液压控制系统最为重要。