盾构掘进机模拟试验台液压系统集成及试验分析

　　引言

　　盾构掘进机是集机械、电器、液压、测量、控制等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。与传统的隧道掘进技术相比，盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。

　　在发达国家，盾构法施工隧道已占隧道总量的90 以上，预计全球未来五年内的需求在8000台套以上。我国目前正处于工业化的中期，基础设施建设任务相当重，城市地铁、市政工程、高速公路、铁路、水利建设等需要挖掘大量的隧道，而我国盾构掘进机技术水平远远不能满足市场需求，现有的盾构基本都依赖进口。因此，发展拥有自主知识产权的盾构机关键技术已成为受到社会各界广泛关注的焦点之一。

　　盾构掘进机不同于其他工程机械，具有很强的针对性，往往需要针对应用隧道工程的地质条件及其他要求进行设计制造。由于隧道岩土工程的复杂性和现有数学的局限性，物理模拟试验成了盾构掘进机设计和关键技术进步的基础，是提高盾构可靠性的有效手段。目前我国盾构尚没有适合国情的适应性设计理论的指导，也没有系统的设计经验数据，系统的安装、调试技术也未完全掌握。所以有必要建立高水平的盾构模拟试验平台，为完善系统设计理论提供试验数据和指导思想。本文主要讨论盾构掘进机模拟试验台液压系统的集成及试验分析。

　　1 盾构掘进机结构及工作原理

　　图1为盾构掘进机的结构简图。它主要由推进装置、螺旋输送机、刀盘以及盾体等构成，其中推进装置由6个左右对称分布的液压缸组成。

　　图1 盾构掘进机结构简图

　　1．推进装置2．螺旋输送机3．盾体4．密封土仓5．刀盘

　　盾构掘进机中部设有一密封挡板，密封挡板与刀盘、盾体以及螺旋输送机形成一密封土仓。推进液压缸驱动盾构掘进机向前推进时，由刀盘切削下的泥土充满密封土仓和螺旋输送机壳体内的全部空间，形成一定的土压来顶住开挖面土层的水土压力。

　　螺旋输送机向外输送的泥土量和刀盘切削下来的泥土量保持动态平衡，维持土仓内压力稳定在设定的范围内，从而使开挖面土层保持稳定。

　　2 盾构掘进机液压系统集成设计

　　盾构掘进机具有传递功率大、负载多变、运动复杂、控制精度和可靠性要求高、安装空间小和工作环境恶劣等特点。国外先进的盾构掘进机几乎都是靠液压系统来实现动力的传递、分配与控制。模拟试验台用盾构掘进机的推进装置、螺旋输送机以及刀盘也靠液压系统来驱动及控制。