李文帅
中船重工（青岛）轨道交通装备有限公司 山东省青岛市 266000
摘要：随着我国进入高速发展的快车道，基础建设的快马加鞭已然成为迫切所需，而盾构机作为交通运输中地下隧道等工程中的“冲锋者”，得益于各种自动化技术的扶持，因此在施工环境相对恶劣、施工难度系数大、施工危险性高等条件的威胁下，有着人类不可具备的优势，以此发挥着无以替代的作用，且随着交通工程项目的日益增多，盾构机的作用也将会被越加放大。因此本文在阐述盾构机关键性自动控制技术的基础上，分析了当前自动控制技术在盾构机上的应用现状，并针对这些问题给出了一些建议，希望能对未来盾构机自动控制技术发展方向提供一定参考。
关键词：盾构机；自动控制；现状与展望
不论是社会发展需要，还是人们生活要求的越来越高，便捷出行已然成为日常所需，而众所周知，我国的地形地貌多以山地、高原、丘陵为主，要想实现便捷交通，在联通性上还是存在一定的技术难度，但又不得不突破这些技术的壁垒，因而单就经济效益和里程长度上来说，显然隧道和地铁是首选，而盾构机作为其中开挖的排头兵必然必不可少，且随着自动化、智能化技术的发展和应用，盾构机的作用区间也越来越大，因而在工程施工中越来越受到青睐。
一、盾构机的关键性自动控制技术
目前，自动控制技术在盾构机上运用的最成熟的大致有三个：掘进自动控制系统、位姿控制系统以及管道安装系统。这三个系统的分别实现不同的功能，如掘进自动控制系统主要面向于土压平衡的作业，其在一开始虽然也使用了智能化手段，但在稳定性上一直表现不佳，后面得益于相关领域学者专家的潜心研究，通过遗传算法、自动识别、压力模型创建等形式逐渐实现了对机器挖掘时压力情况的良好掌握，且随着一代又一代的改良，目前该自动控制系统在盾构机中表现良好，使得工程的工期得到了有效的保障。而位姿控制系统，顾名思义，就是对盾构机位置进行调整的系统。众所周知，在自动化技术还未得到大力发展的时候，人们施工等多项操作在很大程度上都依赖人工，但人力操作普遍存在主观臆断，且盾构机位置的移动对工程最终呈现的挖掘效果有直接的影响，因而也不难想象，在很长一段时间里，盾构技术的差强人意，相关研究人员也发现了这一问题，也在这一方面做了大量的研究，通过反复的思考和改进，随着上个世纪八十年代控制模型的建立，打开了位姿控制系统的新大门，为其发展注入了新的活力，也由此将位姿系统推向了自动化控制的大潮中。而管道安装系统，其的实现主要是完成墙面的衬砌工作，我们都知不论是隧道施工还是地铁施工，其中涉及到最为重要的一环就是衬砌，其不仅在一定程度上有效防止了岩层、隧道等的坍塌，还降低了事故的发生率，因而衬砌工艺必不可少，而管道安装系统得益于自动控制技术的应用，使其不仅解决了传统作业中人工安装的缺陷，还极大的保障了安装的时间和精度，为隧道地铁等工程的顺利实施奠定了安全基础。
二、盾构机自动控制技术的现状
虽然盾构技术存在许多优势，也为我们人类在隧道、地铁等修建工作中省去了很多麻烦，但一直以来其也有着诸多问题，这也是我国盾构控制技术长期以来发展缓慢的一些原因。
1、技术形式单一，升级改进困难
盾构技术在我国引入的时间较晚，且因为受到一些因素的影响，使得其在很长一段时间都停滞不前，但随着近几十年的发展，目前盾构机的自动控制技术在我国已较为成熟和完善，也在地下作业中占有一席之地，但就其发展势头和更新速度上与国外相比，还是比较缓慢，且随着我国城市化进程的不断加快，相关企业也随着国家经济发展的步伐快速更迭，而人们也在日复一日中对各种要求越来越高，因而就造成了所用技术与想要标准之间匹配度低的情况，再加上其技术形式单一，不能在其他一些领域进行扩展，因而影响了其他技术的应用效果。
2、在复杂度的适应上还存有困难
虽然盾构机在地下作业的很多方面代替的人工，降低了人类地下作业的施工危险，但与此同时也存在很多弊端，因为地下施工往往都有地理环境复杂、可预测性差等特点，因而仅靠自动化设备去判断和识别某些复杂情况就会显得力不从心，比如在位姿自动化控制系统中，虽然位姿系统可以根据推理和演算等技术对当时情况做出判断，但由于该处情况复杂，可能存在几种不同的地质效果，因而就容易致使位姿系统因为偏差的原因而出现错误判断，进而导致项目的完成效果，且地下作业多数情况下情况复杂多样，因而盾构机的自动控制系统在复杂度的适应性上还有所欠缺。
3、密封舱压技术有待进一步优化和改进
由于盾构机的土压平衡控制通常都是根据舱内的压力值来做调节的，因而其值的准确性对土压平衡盾构施工有着重要的价值和作用，但值得注意的是，一旦地面出现沉降或者舱内压力失衡的时候，这个值就容易出现偏差，进而影响一系列后期效果的呈现，但遗憾的是，到目前为止虽然有很多研究者正在探索和研发，但是到目前为止还未能有有效的方法或者措施对这方面进行优化和改进。
三、盾构机自动控制技术的改进和展望
虽然盾构机在地下施工中的作用巨大且不可或缺，但同样的，其也存在许多缺点，且这些缺点都容易牵一发而动全身，因而根据上述问题，制定有效的改进措施就显得尤为重要。
1、加大技术创新
如果技术跟不上，再好用的产品也有淘汰的一天。因而企业要想盾构机的功效能与人们的需要相匹配，就必须要加大对盾构机各种控制技术的投入力度，并积极引入新的技术手段，比如大数据、人工智能等等，再由这些新活力的注入，使得盾构机的自动控制系统呈现出新的特性，只有这样才能既不耽误盾构机的创新发展，又能提高其应用水平。
2、优化位姿系统的设计
由于地下施工涉及到的环境多样，因而位姿系统在某些情况下存在判断困难的现象，因而笔者建议可以对盾构机的位姿控制系统的进行改良，具体为：可以从盾构机当时所处环境出发，认真分析当前岩石或者环境对位姿系统方向判断的影响，再由形成相应的控制模型，进而指导位姿系统当前应当有的运动轨迹，从而实现复杂情况下自动控制系统判断错误率的降低。
3、做好控制模型的优化
虽然地面沉降或者密闭舱内压力失衡都容易致使土压平衡系统的不稳定，但目前来讲，并没有太多先进的技术或者好的办法可以解决这一问题，但又由于二者之间有很大的影响关系，因而笔者建议科研人员可以从耦合的角度出发，分析二者的耦合关系，以此更好的实现控制模型的创建和优化，为盾构机的土压平衡控制奠定基础。
结语
盾构机作为地下隧道等交通运输工程中的重要工具，可谓是不可替代，而就整个盾构机而言，其自动控制技术是其关键核心，但其中也不乏存在诸多问题，因而不断加大对盾构控制系统的投入力度、研究程度，对整个地下工程来说就是最好的优化。
参考文献：
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[2]毛润平.分析盾构机掘进系统的思考[J].矿业装备,2020(03):168-169.
[3]石玉玺.盾构机自动控制技术的应用研究[J].技术与市场,2016,23(11):115.
作者简介:李文帅（1987-02），男，汉族，籍贯：山东省菏泽市郓城县，当前职务：工程管理部部长，当前职称：中级工程师，学历：大学本科，研究方向：TBM/盾构机设备的电气设计、电气自动化控制