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)操作人員主要通過手動調(diào)整油缸等方式來進(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。如今,培養(yǎng)一位有經(jīng)驗的盾構(gòu)操作人員的成本不斷攀升。為解決這一困難,德國海瑞克公司設(shè)計了一套被稱為“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。轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)會根據(jù)油缸數(shù)據(jù)實時計算推力中心,并通過可視化界面,將推力中心顯示在1個坐標(biāo)系中。通過控制算法,轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)可以同時操作所有的油缸,操作人員只需要對這個推力中心的位置進(jìn)行調(diào)整,算法就能自動給油缸下達(dá)對應(yīng)的控制指令。這套系統(tǒng)可以讓操作人員直觀地認(rèn)識到當(dāng)前的力分布,然后通過觸摸屏調(diào)整推力中心的設(shè)定點,控制盾構(gòu)前進(jìn),判斷和操作的難度大大降低;通過調(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,即使是沒有經(jīng)驗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HS2項目)。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操作。在大部分情況下,操作員會通過觸摸屏使用圖形用戶界面來控制盾構(gòu)。推力中心的位置設(shè)定可以用指尖拖動來完成,然后通過“+”和“-”按鈕進(jìn)行微調(diào),操作員不再需要手動調(diào)整油缸行程,整個操作過程直觀且輕松。

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