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【摘 要】 对于顶管施工技术，其具有无需交通阻隔、占地面积少、可以穿越障碍物的特点，且顶管施工技术在施工过程中施工产生的震动和噪声都很小，除此之外，顶管施工技术在施工过程中的控制是非常严格的，正是由于顶管施工这些优点，顶管施工技术正在越来越多的被用于城市市政管道的建设中。虽然顶管施工技术的应用越来越多，但是顶管施工技术的自动化控制程度不高，导致施工的效率低，本文主要探讨泥水平衡顶管机的施工原理，探讨如何利用自动化控制技术为泥水平衡顶管机顶管施工服务，为今后泥水平衡顶管机顶管施工技术的自动化控制工作提供一定的依据。
【关键词】 泥水平衡;顶管机;顶管施工技术;自动化控制
随着科学和技术的发展，顶管施工及时在近年来逐渐的兴起，也越来越多的被用于市政建设的施工过程中。对于顶管施工技术其具有可以保证交通畅通以及施工控制严格的优点，除此之外其在穿越建筑物、河流、公路以及铁路等障碍物时可以减少拆迁的工作量，减少工程造价[1]。尽管顶管施工技术自身很先进，但是在顶管施工的过程中对于中继环与后座主顶之间的连接工作还是采用工作人员手动控制的方法，且对于施工中的纠偏工作也是采用工作人员的目测和经纬仪来进行测验，这些工作都会严重影响顶管施工的质量和效率。针对顶管施工技术的这种弊端，本文主要探讨泥水平衡顶管机的施工技术及施工方法，探讨其自动化控制时的工作原理，为今后泥水平衡顶管机顶管施工技术的自动化控制工作提供一定的依据。
1.泥水平衡顶管机施工原理
泥水平衡顶管机的主要施工原理就是将放在工作井中的掘进机通过主顶油缸向前推进使其进入洞口后，使用由电动机提供的能量来转动掘进机的刀头盘来粉碎石块、切削土层。并使之在泥水舱内与泥浆进行混合，然后经过泥水泵将其送到地面上。在此过程中，在管道顶力的作用下，机头连同管道持续向前，在穿过土层后到达接收井。而在挖掘过程中泥水平衡顶管机是利用泥水平衡装置来维持施工过程中的泥水平衡，这使得顶进的管道始终处于被动与主动的土压之间，这可以在顶管机施工过程中起到消除地面隆起和沉降的效果[2]。在泥水平衡顶管机的施工过程中，施工过程中产生的弃土是以泥水的方式被排除，这种施工方法主要是使用砂土、粘土以及小粒徑的沙砾层。泥水平衡顶管机施工原理具有使用土质广、地面沉降小以及挖掘面稳定的这些优点。但是由于泥水平衡顶管机施工的弃土处理是以泥水的形式被排除，因此其不适合大石块或者是障碍物的处理。
2.如何应用自动化控制技术对泥水平衡顶管机顶管施工进行控制
2.1施工的设备和技术
在应用自动化控制技术对泥水平衡顶管机施工进行控制时需要自动化泥水平衡顶管机、泥水平衡顶管泥泵专用设备。而使用的自动化控制技术就是使用计算机对顶管机的主顶泵站、机头、中继站以及泥水输送系统进行控制。通过计算机的控制可以实现对出土、顶速进行控制，使得机头的土压力和泥水仓的压力保持一种动态平衡。使用自动化控制还可以实现复杂地质条件下对顶管机参数的调整以及保证泥水平衡顶管机顶进中曲线顶管的定位精度。除了上述外，通过自动化控制技术就可以实现立体进洞一次性成功。
2.2自动化控制技术在泥水平衡顶管机施工过程中的具体应用
2.2.1对动力系统及刀具的控制
自动化控制技术可以实现对顶速、出土进行控制，是通过计算机控制了顶管机的动力系统，通过对动力供给的调节实现了顶管机在施工过程中对于顶速和出土的调节。而计算机对于动力系统的控制就是对管路、控制阀以及液压有泵站进行了控制[3]。
2.2.2对泥水循环系统的控制
在泥水平衡顶管机的自动化控制中还具有对泥水循环系统的控制，泥水循环系统主要是进、排泥管路、进、排泥水泵、蝶阀、球阀以及油缸等共同组成。而具体的控制原理是：通过计算机总的控制，可以对泥水平衡系统中的各个阀门以及管路进行控制，在经过自动化控制后在顶管机顶进的过程中，顶管机前方的挖掘面的泥土在经过刀盘的切削和破碎工作后，会自动通过格栅进入到泥水仓中，而后，泥水在经过循环后会被送到地面上，且通过自动化控制后泥水仓和土压力保持一种动态平衡，保证顶管施工可以顺利进行，也减少了出现管道出现堵塞的情况。在排泥时计算机将旁通阀关闭，开启工作阀。而在顶管机在顶进间隙时则是采用旁通循环，即在计算机控制下关闭工作阀，开启旁通阀的方法对管道内的泥渣进行清理。这两种使用自动化控制的循环方法可以在顶管施工过程中有效的防止泥水循环管被堵塞，并且保证顶管机在顶进过程中的连续性，极大的提高了泥水平衡顶管机的施工效率。
2.2.3纠偏系统的自动化控制
在顶管施工技术中最为关键的一个部分就是纠偏技术，这部分通过自动化控制技术来完成可以有效提高施工效率。而当上下左右这几个方向同时出现偏差时，则纠偏工作就是最先从上下方开始进行。其原因就是由于顶管左右两方向的关闭的土压力一般认为是平衡的，而上下方向的土压力不平衡，因此上下方向的纠偏工作比左右方向难进行[4]。纠偏工作在过去都是由有经验的施工人员来进行，但是拖慢了施工进度，现在采用计算机控制后，在泥水平衡顶管机顶进过程中，操作人员就可以在电脑屏幕上看到顶管机的偏离情况，一旦其出现偏离，操作人员就可以启动机头上的纠偏系统，及时对方向进行纠正。但是纠偏工作必须考虑顶头的偏位、变化趋势、倾斜角、机头前后筒体、后续管节的管缝等多方面影响因素。
2.2.4测量系统的自动化控制
测量系统是由激光标靶、激光经纬仪组成，这个系统结合了PLC的自动控制系统，能够实时的准确的将纠偏数据以及测量数据反馈给计算机，然后计算机根据反馈得出的数据判断顶管机的走向，决定是否进行纠偏工作。测量系统的应用，为泥水平衡顶管机顶管施工过程中的自动化控制工作的发展提供了土壤。
2.2.5顶进系统的自动化控制
泥水平衡顶管机的顶进系统是由主顶油泵、控制阀、导轨、主顶油缸及附件组成，顶进系统的主要功能就是使顶管机穿过土层进入接收井中，而跟随顶管机进入的工具头后的管道就被埋在接收井与工作井之间[5]。顶进系统的自动化控制是计算机控制顶进系统中的主顶油泵，控制其顶进的过程，在顶进过程中自动化控制系统还会结合纠偏系统和测量系统，一旦顶进中出现任何的偏差，及时启动纠偏系统进行纠偏工作。
3.讨论
本文介绍了泥水平衡顶管机的施工原理，同时探讨了泥水平衡顶管机顶管施工过程中对自动化控制技术的应用。在目前泥水平衡顶管机顶管施工过程的自动化控制工作中，主要针对纠偏系统、动力系统、测量系统以及顶进系统进行自动化的控制。尽管在目前的泥水平衡顶管机顶管施工过程中很多地方采用了自动化控制技术，但是目前的自动化控制工作还有很多的改进空间，也相信随着科学和技术的不断发展，泥水平衡顶管机顶管施工过程中的自动化控制工作将会越来越好。
参考文献：
[1]马保松.顶管和微型隧道技术[M].人民交通出版社，2004.
[2]郭平.浅谈泥水平衡机械顶管[J].工艺与设备，2007，2.
[3]李俊明.土压平衡顶管机顶管施工技术自动化控制应用探讨[J]科技波兰
[4]王永康.泥水平衡顶管技术的应用[J]盾构工程
[5]甄志雄.泥水平衡式顶管施工技术应用和控制分析[J]城市建设理论，2013，（09）
[6] 1. Atkinson J H， Potts D M. Stability of a shallow circular tunnel incohesionless soil. Geotechnique[J].1977， 27（2）： 203–215
【关键词】 泥水平衡;顶管机;顶管施工技术;自动化控制
随着科学和技术的发展，顶管施工及时在近年来逐渐的兴起，也越来越多的被用于市政建设的施工过程中。对于顶管施工技术其具有可以保证交通畅通以及施工控制严格的优点，除此之外其在穿越建筑物、河流、公路以及铁路等障碍物时可以减少拆迁的工作量，减少工程造价[1]。尽管顶管施工技术自身很先进，但是在顶管施工的过程中对于中继环与后座主顶之间的连接工作还是采用工作人员手动控制的方法，且对于施工中的纠偏工作也是采用工作人员的目测和经纬仪来进行测验，这些工作都会严重影响顶管施工的质量和效率。针对顶管施工技术的这种弊端，本文主要探讨泥水平衡顶管机的施工技术及施工方法，探讨其自动化控制时的工作原理，为今后泥水平衡顶管机顶管施工技术的自动化控制工作提供一定的依据。
1.泥水平衡顶管机施工原理
泥水平衡顶管机的主要施工原理就是将放在工作井中的掘进机通过主顶油缸向前推进使其进入洞口后，使用由电动机提供的能量来转动掘进机的刀头盘来粉碎石块、切削土层。并使之在泥水舱内与泥浆进行混合，然后经过泥水泵将其送到地面上。在此过程中，在管道顶力的作用下，机头连同管道持续向前，在穿过土层后到达接收井。而在挖掘过程中泥水平衡顶管机是利用泥水平衡装置来维持施工过程中的泥水平衡，这使得顶进的管道始终处于被动与主动的土压之间，这可以在顶管机施工过程中起到消除地面隆起和沉降的效果[2]。在泥水平衡顶管机的施工过程中，施工过程中产生的弃土是以泥水的方式被排除，这种施工方法主要是使用砂土、粘土以及小粒徑的沙砾层。泥水平衡顶管机施工原理具有使用土质广、地面沉降小以及挖掘面稳定的这些优点。但是由于泥水平衡顶管机施工的弃土处理是以泥水的形式被排除，因此其不适合大石块或者是障碍物的处理。
2.如何应用自动化控制技术对泥水平衡顶管机顶管施工进行控制
2.1施工的设备和技术
在应用自动化控制技术对泥水平衡顶管机施工进行控制时需要自动化泥水平衡顶管机、泥水平衡顶管泥泵专用设备。而使用的自动化控制技术就是使用计算机对顶管机的主顶泵站、机头、中继站以及泥水输送系统进行控制。通过计算机的控制可以实现对出土、顶速进行控制，使得机头的土压力和泥水仓的压力保持一种动态平衡。使用自动化控制还可以实现复杂地质条件下对顶管机参数的调整以及保证泥水平衡顶管机顶进中曲线顶管的定位精度。除了上述外，通过自动化控制技术就可以实现立体进洞一次性成功。
2.2自动化控制技术在泥水平衡顶管机施工过程中的具体应用
2.2.1对动力系统及刀具的控制
自动化控制技术可以实现对顶速、出土进行控制，是通过计算机控制了顶管机的动力系统，通过对动力供给的调节实现了顶管机在施工过程中对于顶速和出土的调节。而计算机对于动力系统的控制就是对管路、控制阀以及液压有泵站进行了控制[3]。
2.2.2对泥水循环系统的控制
在泥水平衡顶管机的自动化控制中还具有对泥水循环系统的控制，泥水循环系统主要是进、排泥管路、进、排泥水泵、蝶阀、球阀以及油缸等共同组成。而具体的控制原理是：通过计算机总的控制，可以对泥水平衡系统中的各个阀门以及管路进行控制，在经过自动化控制后在顶管机顶进的过程中，顶管机前方的挖掘面的泥土在经过刀盘的切削和破碎工作后，会自动通过格栅进入到泥水仓中，而后，泥水在经过循环后会被送到地面上，且通过自动化控制后泥水仓和土压力保持一种动态平衡，保证顶管施工可以顺利进行，也减少了出现管道出现堵塞的情况。在排泥时计算机将旁通阀关闭，开启工作阀。而在顶管机在顶进间隙时则是采用旁通循环，即在计算机控制下关闭工作阀，开启旁通阀的方法对管道内的泥渣进行清理。这两种使用自动化控制的循环方法可以在顶管施工过程中有效的防止泥水循环管被堵塞，并且保证顶管机在顶进过程中的连续性，极大的提高了泥水平衡顶管机的施工效率。
2.2.3纠偏系统的自动化控制
在顶管施工技术中最为关键的一个部分就是纠偏技术，这部分通过自动化控制技术来完成可以有效提高施工效率。而当上下左右这几个方向同时出现偏差时，则纠偏工作就是最先从上下方开始进行。其原因就是由于顶管左右两方向的关闭的土压力一般认为是平衡的，而上下方向的土压力不平衡，因此上下方向的纠偏工作比左右方向难进行[4]。纠偏工作在过去都是由有经验的施工人员来进行，但是拖慢了施工进度，现在采用计算机控制后，在泥水平衡顶管机顶进过程中，操作人员就可以在电脑屏幕上看到顶管机的偏离情况，一旦其出现偏离，操作人员就可以启动机头上的纠偏系统，及时对方向进行纠正。但是纠偏工作必须考虑顶头的偏位、变化趋势、倾斜角、机头前后筒体、后续管节的管缝等多方面影响因素。
2.2.4测量系统的自动化控制
测量系统是由激光标靶、激光经纬仪组成，这个系统结合了PLC的自动控制系统，能够实时的准确的将纠偏数据以及测量数据反馈给计算机，然后计算机根据反馈得出的数据判断顶管机的走向，决定是否进行纠偏工作。测量系统的应用，为泥水平衡顶管机顶管施工过程中的自动化控制工作的发展提供了土壤。
2.2.5顶进系统的自动化控制
泥水平衡顶管机的顶进系统是由主顶油泵、控制阀、导轨、主顶油缸及附件组成，顶进系统的主要功能就是使顶管机穿过土层进入接收井中，而跟随顶管机进入的工具头后的管道就被埋在接收井与工作井之间[5]。顶进系统的自动化控制是计算机控制顶进系统中的主顶油泵，控制其顶进的过程，在顶进过程中自动化控制系统还会结合纠偏系统和测量系统，一旦顶进中出现任何的偏差，及时启动纠偏系统进行纠偏工作。
3.讨论
本文介绍了泥水平衡顶管机的施工原理，同时探讨了泥水平衡顶管机顶管施工过程中对自动化控制技术的应用。在目前泥水平衡顶管机顶管施工过程的自动化控制工作中，主要针对纠偏系统、动力系统、测量系统以及顶进系统进行自动化的控制。尽管在目前的泥水平衡顶管机顶管施工过程中很多地方采用了自动化控制技术，但是目前的自动化控制工作还有很多的改进空间，也相信随着科学和技术的不断发展，泥水平衡顶管机顶管施工过程中的自动化控制工作将会越来越好。
参考文献：
[1]马保松.顶管和微型隧道技术[M].人民交通出版社，2004.
[2]郭平.浅谈泥水平衡机械顶管[J].工艺与设备，2007，2.
[3]李俊明.土压平衡顶管机顶管施工技术自动化控制应用探讨[J]科技波兰
[4]王永康.泥水平衡顶管技术的应用[J]盾构工程
[5]甄志雄.泥水平衡式顶管施工技术应用和控制分析[J]城市建设理论，2013，（09）
[6] 1. Atkinson J H， Potts D M. Stability of a shallow circular tunnel incohesionless soil. Geotechnique[J].1977， 27（2）： 203–215