隧道掘进机器人

道掘进机问世已有180年的历史。1818年，英国布鲁诺（M.I.Brunel）在蛀虫钻孔的启示下，最早提出了用于施工地下隧道的掘进机的雏形及施工方法。1825年，他第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m，宽11.4m的矩形盾构修建了一条隧道。由于初始未能掌握抵制泥水涌入隧道的方法，隧道施工两次被淹，后来在东伦敦地下铁道公司的合作下，经过对盾构施工的改进，用气压辅助施工，于1843年完成了全长458m的第一条盾构法隧道。

　　早期的盾构，主要是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护，防止地层的坍塌，以保证在其内部安全地进行开挖和衬砌等各种作业，开挖基本上是采用人工开挖方式。随着隧道工程的不断增多，为适应不同条件下的施工要求和提高施工效率，隧道掘进机器人得以应用并不断地发展，除不断完善软土隧道掘进机（即盾构）及应用技术，又开发出能够适应岩石地层施工的岩石隧道掘进机及应用技术。到目前为止，隧道掘进机已经发展到比较高的水平。全世界共生产各种类型的隧道掘进机约8000余台，并且在工程应用中获得了满意效果。

　　随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于软土层的地铁、隧道、市政管道等工程领域。为适应不同工程的需要，盾构机的形式也越来越多，目前，已生产了断面为圆形、矩形、双圆、三圆、球型盾构、子母盾构等，尺寸也从直径200mm到18 m。盾构机的类型较多，但其工作原理基本相同，主要由切削刀盘、动力机构、液压主轴顶进机构、液压纠偏机构、液压中继顶进机构、液压主顶进机构、衬砌及岩土排运机构以及检测导向机构等几个部分。

　　随着高新技术的发展，盾构机的控制技术科技含量越来越高，遥控控制技术、激光制导技术以及陀螺仪定位系统已普遍应用于盾构机中，使得盾构机的操作、地表沉降的控制更趋简易，隧道的施工质量也越来越好。

　　为适应工程建设发展的需要，盾构机的断面尺寸具有向超大、微小两个方向发展的趋势。直径18 m的盾构机已在研制，小到直径200 mm的微型盾构已在工程中得到应用。盾构技术的应用越来越广，如水工隧道、地铁隧道、市政管道、共同沟等。

　　近几年来，我国隧道及地下工程的建设发展很快，目前我国铁路隧道总数达5300余座，总长度达到2500km；公路隧道达到450多座，总长度达到120km；水电站地下工程和水工隧洞达到100km；已建和正在建设的地铁长度达到170km。在这些工程中，其中有不少是采用盾构技术进行施工。在2000年—2009年的十年中，新建铁路隧道的长度将达到300—400km；地铁建设长度将达到700km；城市市政隧道工程将达100km；水电隧道将达400km。由此可见隧道掘进技术在我国将有广阔的应用前景。

　　我国在盾构施工技术方面已有多年经验，在北京、上海、广州等地下铁道、排水隧道工程中应用了盾构施工并取得成功。九十年代以来，我们已成功地研制了Φ3.8m—6.34m的土压平衡隧道掘进机10余台，技术水平已接近国际先进，用于地铁隧道、引排水隧道、电缆隧道工程；在导向技术、监控技术方面的研究也达到了国际先进。最近，上海已研制了国内第一台3.8mΧ3.8m组合刀盘土压平衡矩形盾构，完成2条62m长的地下人行通道，使我国在异形隧道的开发研究方面进入世界行列。

　　北京首台加泥式土压平衡盾构机——“京盾一号”也在最近研制并试运转成功，该机是专门针对北京地区含水砂卵石地层面研制的盾构机，直径3.63米，日掘进速度10米，是传统开槽施工的10倍。

　　为什么把盾构机与机器人相提并论呢？第一，盾构机采用了类似机器人的技术，如控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术等，这些也是广义的自动化技术。第二，信息时代既展现了多学科的相通又体现了多技术的集成，信息一词本身的内涵就有了巨大的变化，机器人也同样在传统的概念上及应用领域方面不断创新。

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