摘. . 要：随着我国基建是业的不断发展，我国在一些复杂地区的基建项目也陆续开工，在进行地下隧道工程建设过程中，由于地质条件所限，凭借传统的机械挖掘往往无法满足工程进度需求，在这时就要用到盾构机进行隧道挖掘工作，本文将针对盾构机自动控制技术现状与展望进行探究。
关键词：盾构机；自动控制技术；技术展望
由于盾构机的工作环境较为复杂，是一种极为艰巨的隧道挖掘任务，为了提高盾构机的安全效率，应用自动化控制技术进行控制成为了盾构及日后发展的主要方向，本文将首先针对盾构机的发展历史进行介绍，之后对于盾构机的自动控制技术进行说明，最后对盾构机自动技术的未来发展进行探究。
1、盾构机的发展
盾构机是使用一种叫“盾构”的机械在地下自动开掘隧道的技术。
盾构的前面是个旋转的切割器，切下来的土屑被送到盾构内部的输送带向后送出，盾构机的使用历史已经超过了 190 年，这项技术最先起源于当时较为先进的欧洲国家，并得到了广泛的应用，随着盾构机技术的发展，盾构机的机械化效率不断提升，盾构机的结构也进行了革新，日本英国相继发明了带有刀盘切削的密闭式的可平衡开挖面水土压力的两种新技术，是盾构机技术得到了一次质的飞跃，我国盾构机技术起步较晚，初代的盾构机之能够适合地质环境较为单一的地质层面进行挖掘，但随着自动控制技术的不断发展，我国盾构机的研究工作也逐步步入正轨，提高了我国盾构机的安全性与对多种地质的适应性，下面将针对盾构及自动控制技术进行说明 ［1］ 。
2、自动控制技术
自动控制技术是一种通过电脑操作控制盾构机进行姿位调整、地面沉降控制等多种盾构机控制的科技手段，随着自动控制技术不断发展，我国盾构机自动控技术已跻身于世界前列，下面将针对自动控制技术进行探究。
2.1 控制模型建立
盾构机的挖掘系统主要由刀盘、推进系统排渣系统等多部分组成，在盾构机进行挖掘过程中这些部分都起到了至关重要的作用，为了保障盾构机掘进部分能够进行自动化控制，就应当首先进行控制模型的建立工作，然而在早期针对控制模型的建立工作大都通过实验或经验等手段进行模型的建立，这大大降低了模型建立效率。在一些盾构机模型建立过程中会考虑密封舱压力分布情况，根据分布情况进行盾构机掘进参数的分析工作，从而建立模型，并确定了密封舱的压力公式，但是这种公式虽然提高了控制模型建立效率，但却没有考虑到地质情况，所以这种方式较为局限。随着盾构机控制模型建立技术的成熟，一些盾构机研究人员开始从机理分析角度进行模型建立工作，并将模型应用与实际隧道挖掘过程中，将采集到的数值进行分析汇总，证实了这种建模方式的有效性，之后通过一系列发展又出现了功率键合图理论应用于控制模型建立，随着控制模型建立技术的不断发展，此项技术还在更新之中 ［2］ 。
2.2 掘进系统控制方式
盾构机的控制多采用的是智能控制系统，其中模糊控制在成为了盾构控制系统中较为重要的一种控制手段，模糊系统有很高的适用性，用模糊数学的基本思想和理论的控制方法，在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题。“模糊”是人类感知万物，获取知识，思维推理，决策实施的重要特征。“模糊”比“清晰”所拥有的信息容量更大，内涵更丰富，更符合客观世界，模糊系统的使用使得盾构机的控制技术得到了极大的发展，在盾构机自动控制中起到了良好的作用，但是由于模糊系统无法保障其动态特性与盾构机运行的稳定性，所以在模糊控制的基础上研究人员又采用了复合式 PID 控制策略，来对模糊控制系统进行稳定，通过实践证明加入 PID 控制策略之后，盾构机模糊控制运行更加平稳 ［3］ 。还有一些专家在进行盾构机系统研究的过程中采用了经典控制理论，对盾构机的运动以及受压力方式进行了探究，提出了另一种盾构机推进系统的控制办法，并建立了系统压力控制环节的数学模型，对系统压力控制系统进行了进一步的完善工作。
2.3 姿位控制
姿位控制也是盾构机掘进过程中较为重要的环节之一，盾构机的姿位可以用偏离设计轴线的位置与夹角来进行描述，通过控制系统推进盾构机内的液压缸来进行盾构机姿位跳针工作，实现自动控制目标。在进行控制过程中研究人员采用极点配置法进行控制系统的设计工作，并且进一步提出了盾构机姿位调整中的动态荷载模型理论，这种理论考虑到了盾构机工作过程中的开挖面，机刀盘旋转等多种实际工作情况，通过综合设计最终达到精确姿位控制的要求。
2.4 管片自动拼装
管片拼装在早期是通过人工来完成的，但是人工拼装管片精确度较差，且工作效率比较低下，日本率先使用了自动化的管片拼装流水线进行工作，为了实现管片的精确拼装要求，提出了激光裂隙照明小断面的方式进行，在盾构机中使用小管片又研究出了任务导向力控制系统，在实践中证明这种系统切实可行。在这种控制系统的基础上又研发出了动态虚拟拼装，能够使工作人员通过数据图像对管片进行自动拼装工作。
3、未来展望
通过盾构机的自动控制系统介绍可以得知，现今盾构机已经能够实现自动控制，但是这种自动控制技术还在不断的发展，下面将针对盾构机自动控制技术未来的发展进行分析。
3.1 控制模型建立升级
在盾构机进行工作过程中很容易引起地面沉降，通过研究发现地面沉降形成的主要原因是盾构机中封闭舱压力失衡导致的，所以在对压力舱进行密闭研究过程中应当针对密封舱压力平衡技术展开攻坚工作，虽然现代研究人员对密封舱压力平衡理论有了较为深入的研究与认知，但是这种研究仅处于理论阶段，并没有形成有效地平衡密封舱压力的模型，所以在未来的盾构机发展过程中，研究人员应当将控制模型技术进行升级，通过模型技术攻克密闭舱压流失衡的难关 ［4］ 。
3.2 掘进系统协调控制
如今广泛使用的土压平衡盾构机，其工作原理是通过预先设定土仓内的土压力数值，在施工过程中根据地表沉降情况、密封舱压力变化等情况再进行调整的一种控制手段，这种控制多为人工操作，并且各个单元部分的控制不能够连成一个整体，这就使得盾构机的调整存在一定的滞后性，不能够掌握主动。因此在未来的盾构机发展过程中，相关人员应当加强掘进系统协调控制力度，采用多姿系统协调控制策略进行掘进系统的控制工作。
4、结束语
盾构机自动控制技术现状与展望探究可以得知，盾构机的自动控制技术正在不断地向前发展，在未来研究人员应当加强控制模型升级技术，提高掘进系统的协调控制力度，使盾构机控制技术能够得到更大的发展。
参考文献：
［1］吴勇 . 浅析盾构机自动控制技术现状与展望 [J]. 区域治理,2018,(34):223.
［2］郇利民 , 侯德超 , 张兵 , 等 . 盾构机自动控制技术现状与展望[J]. 科技与企业 ,2014,(1):281-281.
［3］彭海库 . 盾构机自动控制技术现状分析及展望 [J]. 建筑工程技术与设计 ,2018,(8):1417.
［4］沙立中 . 盾构机自动控制技术现状与展望 [J]. 城市建设理论研究（电子版）,2015,5(36):1156-1157作者简介：
韩康（1988.6--），男，汉族，初级职称，本科，单位：昆明市中铁二十局集团第五工程有限公司，盾构机机电维修。
