隧道掘進機器人

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

基本介紹

• 中文名：隧道掘進機器人
• 發明時間：全斷面隧道掘進機問世已有180年的歷史
• 套用歷程：1818年，英國布魯諾（M.I.Brunel）在蛀蟲鑽孔的啟示下
• 詞性：名詞

發明的時間及人物

發明時間

全斷面隧道掘進機問世已有180年的歷史。

套用歷程

1818年，英國布魯諾（M.I.Brunel）在蛀蟲鑽孔的啟示下，最早提出了用於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。由於初始未能掌握抵制泥水湧入隧道的方法，隧道施工兩次被淹，後來在東倫敦地下鐵道公司的合作下，經過對盾構施工的改進，用氣壓輔助施工，於1843年完成了全長458m的第一條盾構法隧道。

盾構的發展

早期的盾構

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，以保證在其內部安全地進行開挖和襯砌等各種作業，開挖基本上是採用人工開挖方式。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套用並不斷地發展，除不斷完善軟土隧道掘進機（即盾構）及套用技術，又開發出能夠適應岩石地層施工的岩石隧道掘進機及套用技術。到目前為止，隧道掘進機已經發展到比較高的水平。全世界共生產各種類型的隧道掘進機約8000餘台，並且在工程套用中獲得了滿意效果。

發展歷程

隨著地下空間的開發，盾構技術已廣泛地套用於軟土層的捷運、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、襯砌及岩土排運機構以及檢測導向機構等幾個部分。

隨著高新技術的發展，盾構機的控制技術科技含量越來越高，遙控控制技術、雷射制導技術以及陀螺儀定位系統已普遍套用於盾構機中，使得盾構機的操作、地表沉降的控制更趨簡易，隧道的施工質量也越來越好。

發展趨勢

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

在我國的套用

套用前景

近幾年來，我國隧道及地下工程的建設發展很快，目前我國鐵路隧道總數達5300餘座，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；已建和正在建設的捷運長度達到170km。在這些工程中，其中有不少是採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；捷運建設長度將達到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套用前景。

實際套用

我國在盾構施工技術方面已有多年經驗，在北京、上海、廣州等地下鐵道、排水隧道工程中套用了盾構施工並取得成功。九十年代以來，我們已成功地研製了Φ3.8m—6.34m的土壓平衡隧道掘進機10餘台，技術水平已接近國際先進，用於捷運隧道、引排水隧道、電纜隧道工程；在導向技術、監控技術方面的研究也達到了國際先進。最近，上海已研製了國內第一台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研究方面進入世界行列。

北京首台加泥式土壓平衡盾構機——“京盾一號”也在最近研製並試運轉成功，該機是專門針對北京地區含水砂卵石地層面研製的盾構機，直徑3.63米，日掘進速度10米，是傳統開槽施工的10倍。

把盾構機與機器人

為什麼把盾構機與機器人相提並論呢？第一，盾構機採用了類似機器人的技術，如控制、遙控、感測器、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，資訊時代既展現了多學科的相通又體現了多技術的集成，信息一詞本身的內涵就有了巨大的變化，機器人也同樣在傳統的概念上及套用領域方面不斷創新。