基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统

　　盾构是一种集机械、电器、液压、测量和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。它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点。

　　随着南水北调 西气东输等国家重大工程的开展，迎奥运北京地铁建设速度的加快，上海、广州等其他大中城市轨道交通的迅猛发展，对盾构的需求越来越大。国家下决心要开发利用盾构技术，整合各方面的技术力量，促进盾构技术的发展。

　　常规的压力控制能引起流量剧烈波动，导致盾构推进速度不稳定;常规的流量控制又会引起压力振荡，使得液压缸推进压力不一致，从而导致盾构超挖，加剧土体扰动，增加地表变形。因此单纯的压力控制或流量控制很难同时满足盾构在非线性变负载工况下对推进压力和推进速度的复合控制要求。基于此，设计出一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统，能实时调节施工过程中的推进压力和推进速度，并在仿真和工程实际应用的基础上进行了分析研究。

　　1 盾构推进液压系统设计

　　1.1 推进液压缸分区的确定

　　推进液压缸安装在盾构密封仓隔板后部，沿盾体周向均匀分布，作用在管片上，是推进系统的执行机构。其动力源由安装在盾构后部的液压泵提供，并通过液压阀的控制来实现各种功能。

　　盾构推进动力传递和控制具有大功率和变负载等特点，所需的液压缸数量较多，如果每个液压缸都单独控制的话，成本就很高，而且控制比较复杂。为此采用分区控制，即将为数众多的推进液压缸按圆周均匀分成几个区。对每区的液压缸分别进行控制。如图1所示，推进系统将32个液压缸分为A、B、C、D四个区，根据上下土层和水压的不同，选择B区中液压缸个数比D区多。通过理论计算，A区和C区各有8个液压缸，B区有1O个液压缸，D区则有6个液压缸。液压缸分区控制既可以节约成本、减少控制复杂程度，又可以达到盾构姿态调整、纠偏的目的;另外分成四区可以清楚简单的计算总力矩，从而决定盾构的爬坡和转弯的快慢。

　　图1 推进液压缸分区布置图

　　1.2 推进液压系统工作原理

　　推进液压系统采用带电比例溢流阀的恒压变量泵作为动力源，向四个分区同时供油，由于采用了分区控制，四个分区只是在盾构截面的分布位置不同，其控制方式和工作原理则完全相同。图2为推进液压系统C区工作原理简图。

　　图2 推进液压系统单个分区工作原理简图

　　1.插装阀2.二位三通电磁换向阀3.比例溢流阀 4.二位三通电磁换向阀5.液控单向阀6.压力传感器 7.液压缸8.内置式位移传感器9.二位二通电磁换向阀 1O.溢流阀 11.单向阀 12.三位四通电磁换向阀13.插装阀14.比例调速阀