盾構(gòu)轉(zhuǎn)向是盾構(gòu)掘進(jìn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前,盾構(gòu)操作人員主要通過(guò)手動(dòng)調(diào)整油缸等方式來(lái)進(jìn)行盾構(gòu)轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)向的精度很大程度上取決于操作員的經(jīng)驗(yàn)。如今,培養(yǎng)一位有經(jīng)驗(yàn)的盾構(gòu)操作人員的成本不斷攀升。為解決這一困難,德國(guó)海瑞克公司設(shè)計(jì)了一套被稱為“推力中心系統(tǒng)”的盾構(gòu)轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng),以降低操作的復(fù)雜性,提升盾構(gòu)施工的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

技術(shù)原理

整套系統(tǒng)的核心是推力中心,也就是總推力的應(yīng)用點(diǎn)。轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)會(huì)根據(jù)油缸數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算推力中心,并通過(guò)可視化界面,將推力中心顯示在1個(gè)坐標(biāo)系中。通過(guò)控制算法,轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)可以同時(shí)操作所有的油缸,操作人員只需要對(duì)這個(gè)推力中心的位置進(jìn)行調(diào)整,算法就能自動(dòng)給油缸下達(dá)對(duì)應(yīng)的控制指令。這套系統(tǒng)可以讓操作人員直觀地認(rèn)識(shí)到當(dāng)前的力分布,然后通過(guò)觸摸屏調(diào)整推力中心的設(shè)定點(diǎn),控制盾構(gòu)前進(jìn),判斷和操作的難度大大降低;通過(guò)調(diào)整控制算法,系統(tǒng)可以與所有已知的油缸配置兼容,無(wú)論其數(shù)量、分組和尺寸如何,這意味著系統(tǒng)可以適配幾乎所有盾構(gòu);此外,系統(tǒng)還可以根據(jù)操作者的喜好,調(diào)整操作方式,除了觸摸屏外,操作者可以選擇使用按鈕、滑塊或操縱桿來(lái)進(jìn)行控制,圖形化的用戶界面加上多種操作模式讓使用難度降到了最低,即使是沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員也能良好地完成駕駛?cè)蝿?wù)。

應(yīng)用和發(fā)展

目前,這套盾構(gòu)轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)已在一些盾構(gòu)施工中得到了使用(如英國(guó)HS2項(xiàng)目)。盾構(gòu)保留了傳統(tǒng)的控制面板,以便在緊急情況下能切換手動(dòng)操作。在大部分情況下,操作員會(huì)通過(guò)觸摸屏使用圖形用戶界面來(lái)控制盾構(gòu)。推力中心的位置設(shè)定可以用指尖拖動(dòng)來(lái)完成,然后通過(guò)“+”和“-”按鈕進(jìn)行微調(diào),操作員不再需要手動(dòng)調(diào)整油缸行程,整個(gè)操作過(guò)程直觀且輕松。

盾構(gòu)轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化了操作流程,讓自動(dòng)化操控成為了可能。目前,這套轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)已經(jīng)有了全自動(dòng)模式,可以根據(jù)施工計(jì)劃自動(dòng)設(shè)置推力中心的位置,操作者只需要監(jiān)控過(guò)程即可,這給未來(lái)的全自動(dòng)化盾構(gòu)研發(fā)打下了基礎(chǔ)。