隧道掘進機器人

　　隧道掘進技術是由早期的盾構（適用于軟土層掘進的又稱盾構）技術發(fā)展而來，是地下暗挖隧道的一種工程建設技術，是隨著現(xiàn)代交通運輸、地下工程、礦山開采、水利工程、市政建設以及電氣通訊設施的發(fā)展而發(fā)展起來的。

復合式直徑6.14米盾構掘進機

　　全斷面隧道掘進機問世已有180年的歷史。1818年，英國布魯諾（M.I.Brunel）在蛀蟲鉆孔的啟示下，最早提出了用于施工地下隧道的掘進機的雛形及施工方法。1825年，他第一次在倫敦泰晤士河下用一個斷面高6.8m，寬11.4m的矩形盾構修建了一條隧道。由于初始未能掌握抵制泥水涌入隧道的方法，隧道施工兩次被淹，后來在東倫敦地下鐵道公司的合作下，經(jīng)過對盾構施工的改進，用氣壓輔助施工，于1843年完成了全長458m的第一條盾構法隧道。

　　早期的盾構，主要是利用盾構機械所特有的盾殼作為支護，防止地層的坍塌，以保證在其內(nèi)部安全地進行開挖和襯砌等各種作業(yè)，開挖基本上是采用人工開挖方式。隨著隧道工程的不斷增多，為適應不同條件下的施工要求和提高施工效率，隧道掘進機器人得以應用并不斷地發(fā)展，除不斷完善軟土隧道掘進機（即盾構）及應用技術，又開發(fā)出能夠適應巖石地層施工的巖石隧道掘進機及應用技術。到目前為止，隧道掘進機已經(jīng)發(fā)展到比較高的水平。全世界共生產(chǎn)各種類型的隧道掘進機約8000余臺，并且在工程應用中獲得了滿意效果。

　　隨著地下空間的開發(fā)，盾構技術已廣泛地應用于軟土層的地鐵、隧道、市政管道等工程領域。為適應不同工程的需要，盾構機的形式也越來越多，目前，已生產(chǎn)了斷面為圓形、矩形、雙圓、三圓、球型盾構、子母盾構等，尺寸也從直徑200mm到18 m。盾構機的類型較多，但其工作原理基本相同，主要由切削刀盤、動力機構、液壓主軸頂進機構、液壓糾偏機構、液壓中繼頂進機構、液壓主頂進機構、襯砌及巖土排運機構以及檢測導向機構等幾個部分。

　　隨著高新技術的發(fā)展，盾構機的控制技術科技含量越來越高，遙控控制技術、激光制導技術以及陀螺儀定位系統(tǒng)已普遍應用于盾構機中，使得盾構機的操作、地表沉降的控制更趨簡易，隧道的施工質(zhì)量也越來越好。

　　為適應工程建設發(fā)展的需要，盾構機的斷面尺寸具有向超大、微小兩個方向發(fā)展的趨勢。直徑18 m的盾構機已在研制，小到直徑200 mm的微型盾構已在工程中得到應用。盾構技術的應用越來越廣，如水工隧道、地鐵隧道、市政管道、共同溝等。

　　近幾年來，我國隧道及地下工程的建設發(fā)展很快，目前我國鐵路隧道總數(shù)達5300余座，總長度達到2500km；公路隧道達到450多座，總長度達到120km；水電站地下工程和水工隧洞達到100km；已建和正在建設的地鐵長度達到170km。在這些工程中，其中有不少是采用盾構技術進行施工。在2000年—2009年的十年中，新建鐵路隧道的長度將達到300—400km；地鐵建設長度將達到700km；城市市政隧道工程將達100km；水電隧道將達400km。由此可見隧道掘進技術在我國將有廣闊的應用前景。

　　我國在盾構施工技術方面已有多年經(jīng)驗，在北京、上海、廣州等地下鐵道、排水隧道工程中應用了盾構施工并取得成功。九十年代以來，我們已成功地研制了Φ3.8m—6.34m的土壓平衡隧道掘進機10余臺，技術水平已接近國際先進，用于地鐵隧道、引排水隧道、電纜隧道工程；在導向技術、監(jiān)控技術方面的研究也達到了國際先進。最近，上海已研制了國內(nèi)第一臺3.8mΧ3.8m組合刀盤土壓平衡矩形盾構，完成2條62m長的地下人行通道，使我國在異形隧道的開發(fā)研究方面進入世界行列。

　　北京首臺加泥式土壓平衡盾構機——“京盾一號”也在最近研制并試運轉成功，該機是專門針對北京地區(qū)含水砂卵石地層面研制的盾構機，直徑3.63米，日掘進速度10米，是傳統(tǒng)開槽施工的10倍。

　　為什么把盾構機與機器人相提并論呢？第一，盾構機采用了類似機器人的技術，如控制、遙控、傳感器、導向、測量、探測、通訊技術等，這些也是廣義的自動化技術。第二，信息時代既展現(xiàn)了多學科的相通又體現(xiàn)了多技術的集成，信息一詞本身的內(nèi)涵就有了巨大的變化，機器人也同樣在傳統(tǒng)的概念上及應用領域方面不斷創(chuàng)新。

［上一頁］