盾構機液壓系統技術研究

張旺 丁永強

摘? 要：隨著科學技術的高速發展，隧道項目收到了人們的廣泛關注，目前人們開始積極投入隧道開掘項目中，而在隧道開掘環節，最重要也是最主要的施工工具就是盾構機。盾構機的出現，改變了傳統的隧道掘進技術，大大加快了隧道掘進的速度，同時保障了隧道工程項目的安全性。液壓傳動系統作為盾構機的基本傳動系統，其具有精度高、驅動力大等優點，使得盾構機成為了隧道工程項目的首要工具?；诖?，本文分析和探討了盾構機的液壓系統，以供參考。

關鍵詞：盾構機;液壓系統;技術

中圖分類號：U455.39? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-6903（2020）11-0000-00

0引言

當前，人們越來越重視道路交通問題，因此，正在不斷的修擴公路，方便交通運輸，讓不同地區的聯系更為緊密，開放發展更為壯大。伴隨著公路的不斷增延，人類的發展也在跳躍性前進。而對于高山或是連峰，常常會給公路的鋪設帶來巨大考驗，人類開始構想將山底挖通，這樣既能降低成本，也能縮短通行時間。

1盾構機的概念

盾構機是一種圓柱體型的隧道掘進機器，其依靠液壓傳動系統進行傳動，實現推進、開掘的功能，盾構機的工作方法是盾構法，盾構法就是一種隧道開掘方法，該方法就是在隧道掘進機進行隧道開掘的同時，在剛施工開掘區域鋪上一些管片裝置，這些管片起到支撐加固的作用，以確保剛施工過的區域不會發生坍塌等危險隱患。由于使用管片這種支撐裝置來承受開掘區域的石層、土層的壓力，使得隧道開掘和施工時，不會出現塌方等事故，其安全性大大提高。傳統的敞開式隧道開掘施工，由于沒有這些支撐性的裝置，導致開掘區域存在塌陷的安全隱患，盾構機的出現，改變了傳統的隧道開掘方式。盾構機的工作原理是由圓柱體型的主體，通過其剛件，沿著規劃好的區域開掘，其在不斷向前推進的同時，還在不斷地對周邊土壤實施開采。其在剛推進完的土層區域進行支撐，分散土層石層的重量壓力，在鋪設好支撐性管片后，施工人員就可以進行開采、清理、修建的工程任務。

2液壓系統技術介紹

液壓系統由五大基本部件構成，分別是動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。液壓系統其基本工作原理是通過改變壓強，提高作用力的大小，根據這個基本原理，將液壓系統劃分為兩種，分別是液壓傳動系統和液壓控制系統，液壓傳動系統的作用是用來轉換能量，提供、傳遞動力和運動，而液壓控制系統的作用就是要輸出所需性能。在盾構機中，液壓傳動系統是盾構機的重要動力源，液壓傳動系統的好壞和運作情況，直接影響著盾構機的運作情況。

2.1盾構機液壓系統的組成

盾構機液壓系統是由動力元件（液壓泵如圖1中所示）、執行元件（液壓杠和液壓馬達）、控制元件（壓力控制閥等）、輔助元件（油箱、濾油器等）還有液壓油組成。

其中，動力元件，也就是液壓油泵，其功能可以實現能量轉換，將動力源的機械能轉換成了液壓油的壓力能，而后其為這個液壓系統提供所需要的動能;而執行元件，也就是液壓缸或是液壓馬達，其在液壓系統中扮演著將液壓油的壓力能轉變為機械能的角色，轉變為機械能后，其可以為裝置提供動能，使其做直線往復運動或者是回轉式的運動;控制元件指各個液壓閥，是專門用來調配液壓油的壓力、流量以及方向的;輔助元件，是如同油箱、油管、濾油器和壓力表等一系列用來輔助液壓系統能量轉變傳遞的;液壓油，其是液壓系統中重要的基本元素，是用來傳遞能量的媒介，可以用油和乳化液等來充當液壓油。[1]

盾構機液壓系統主要分為信號控制和液壓動力兩部分，根據回路特點可以分為開式回路和閉式回路。

盾構機的開式液壓回路：其組成部件有主推式的油缸液壓系統，是通過55KW的電動機作為動力源，來傳遞能量給液壓泵，將液壓油傳送至主推式液壓油缸中;鉸接型油缸的液壓系統，該液壓系統是通過使用37KW的電動機作為動力源，來傳遞能量給液壓泵，將液壓油傳送至鉸接式液壓油缸中;管片拼裝式液壓系統，該液壓系統使用45KW的電動機作為動力源，將能量傳遞給液壓泵。

盾構機的閉式液壓回路：其中屬于閉式系統的是螺旋輸送機的液壓系統。螺旋輸送機系統其含有工作泵和補油泵兩種泵來作為其動力元件，其電動機的規格式200KW。

2.2盾構機液壓系統技術的優劣

傳統的液壓系統具有諸多優勢，比如液壓系統所占空間小，質量輕精度高，使用壽命長，驅動力大，可以滿足各種負重型運轉，而且液壓系統安全性高，可以輕松完成安全防護等特點。但液壓系統也具有其所專屬的缺點，液壓系統對于溫度要求非常高，同時液壓系統本身的造價很高[2]。

盾構機是集液壓技術、電子技術、機械制造技術于一身的機器，液壓技術作為盾構機的動力源，起到極為重要的作用。液壓傳動比較容易進行相關參數的調配控制，其內部結構也較為簡潔，同時又有較高的傳遞能量效率，可實現恒定壓力輸出，而盾構機的工作環境基本都是在較為嚴峻的環境中，對于機器的穩定性要求很高，所以液壓系統比較穩定，適用于盾構機。盾構機的液壓系統運轉次數頻繁，過程較為繁瑣，其主要是在掘進行程和換步行程中交替循環重復進行的工程，其具體掘進步驟如下：首先將推進液壓缸伸出頂到制造好的反力架上，將主機、刀盤推進至前，并前進一個行程。然后縮回油缸，這時管片拼裝機開始從連接橋處吊抓管片，通過其旋轉，擠壓將管片固定到所需位置，全部拼裝成形將其用特用螺栓把死，然后進行下一環的工作。對于盾構機來說，液壓系統運轉是否正常直接影響了盾構機的正常運轉。關于盾構機液壓系統，其內部的任何一個小零件，都是由專業重工企業廠家進行生產調配的，其在系統設計中，基本上都是使用的通用性零件，這樣可以大大降低系統出現故障的幾率，讓盾構機系統更為可靠，并提高了盾構機系統的安全性能。而盾構機作為開掘工具，工作量大，所以為了安全和保養，經常進行盾構機的拆卸，而液壓系統其占用的管道相對較多，比較復雜繁瑣，不夠美觀。液壓系統又是盾構機的重要系統之一，所以需要重視液壓系統的相關檢測保養，可以在每次工程使用中，收集建立液壓系統的各個相關數據，設立完善的系統防護參數，使得液壓系統的壽命更長，降低成本，減少工程周期。同時可以考慮機器性能，讓盾構機發揮到極致，在能達到工程要求標準下，減少工程的經濟投入，提高其性價比[3]。

3結語

隨著時代的快速發展，使得區域聯系變得更為緊密。盾構機作為隧道開掘項目的主要工具，需要對其不斷地進行實踐操作和經驗積累，在每一次的使用中，去探索發現其運轉細節以及工作狀態是否合理，更可對其進行優化改善，提出更為優越的開掘機器方案，推進盾構機系統的不斷進步，推動隧道工程的日益完善。

參考文獻

[1] 李強.盾構機液壓推進系統穩定性研究[J].城市道橋與防洪，2017（8）：317-319+324+32.

[2] 謝錦昌.盾構機液壓系統維護及故障診斷的相關分析[J].科技展望，2017，27（14）：55.

[3] 李艷斌.盾構機液壓系統的故障診斷與維護方法分析[J].建材與裝飾，2017（28）：201-202.

收稿日期：2020-10-03

作者簡介：張旺（1987—），男，天津人，本科，工程師，研究方向：液壓技術。