海瑞克土压平衡盾构机Word文档格式.docx

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m刀盘转速01.5r/min最大推进力为40000kN压力350par最陕掘进速度可达80mmmin。

1.盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分这三部分都是管状简体其外径是6.45m。

前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上以起到支撑和稳定开挖面的作用。

承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。

前盾的后边是中盾中盾和前盾通过法兰以螺栓连接中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸推进油缸杆上安有塑料撑靴撑靴顶推在后面已安装好的管片上通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、C、D四组掘进过程中在操作室中可单独控制每一组油缸的压力这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。

中盾的后边是尾盾尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。

这种铰接连接可以使盾构机易于转向。

2.刀盘刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体位于盾构机的最前部用于切削土体刀盘的开口率约为28刀盘直径6.46m也是盾构机上直径最大的部分一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘驱动部分刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土刀具刀盘的外侧还装有一把超挖刀盾构机在转向掘进时可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出从而扩大开挖直径这样易于实现盾构机的转向。

超挖刀油缸杆的行程为50mm。

刀盘上安装的所有类型的刀具都由螺栓连接都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换刀盘上还有两个监测刀盘摩损装置。

法兰板的

后部安装有一个回转接头其作用是向刀盘的面板上输入泡沫或膨润土及向超挖刀液压油缸输送液压油。

3.刀盘驱动刀盘驱动由螺栓牢固地连接在前盾承压隔板上的法兰上它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现0-1.5rpm的无级变速。

刀盘驱动主要由8组传动副和主齿轮箱组成每组传动副由一个斜轴式变量轴向柱塞马达和水冷式变速齿轮箱组成其中一组传动副的变速齿轮箱中带有制动装置用于制动刀盘。

安装在前盾右侧承压隔板上的一台定量螺旋式液压泵驱动主齿轮箱中的齿轮油用来润滑主齿轮箱该油路中一个水冷式的齿轮油冷却器用来冷却齿轮油。

轴承由三道唇形密封第一道是油脂第二道是高级润滑油第三道齿轮油润滑。

4.双室气闸双室气闸装在前盾上包括前室和主室两部分当掘进过程中刀具磨损工作人员进入到泥土仓检察及更换刀具时要使用双室气闸。

在进入泥土仓时为了避免开挖面的坍坍要在泥土仓中建立并保持与该地层深度土压力与水压力相适应的气压这样工作人员要进出泥土仓时就存在一个适应泥土仓中压力的问题通过调整气闸前室和主室的压力就可以使工作人员可以适应常压和开挖仓压力之间的变化。

但要注意只有通过高压空气检查和受到相应培训有资质的人员才可以通过气闸进出有压力的泥土仓。

现以工作人员从常压的操作环境下进入有压力的泥土仓为例来说明双室气闸的作用。

工作人员甲先从前室进入主室关闭前室和主室之间的隔离门按照规定程序给主室加压直到主室的压力和泥土仓的压力相同时打开主室和泥土仓之间的闸阀使两者之间压力平衡这时打开主室和泥土仓之间的隔离门工作人员甲进入泥土仓。

如果这时工作人员乙也需要进入泥土仓工作乙就可以先进入前室然后关闭前室和常压操作环境之间的隔离门给前室加压至和主室及泥土仓中的压力相同扣开前室和主室之间的闸阀使两者之间的压力平衡打开主室和前室之间的隔离门工作人员乙进入主室和泥土仓中。

5.管片拼装机管片拼装机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。

拼装机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上拼装机的支撑架通过左右各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中一个内圈为齿圈形式外径3.2m的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支撑架相连内圈通过法兰与旋转架相连拼装头与旋转支架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连接。

现以拼装头在正下方位置的情况为例来说明拼装机的运动情况。

两个拼装机行走液压油缸可以使支撑架、旋转架、拼装头在拼装机大梁上沿隧道轴线方向移动安装在支撑架上的两个斜盘式轴向柱塞旋转马达通过驱动滚珠轴承的内齿圈可以使旋转架和拼装头沿隧道圆周方向左右旋转各200度通过伸缩油缸可以使拼装头上升或下降拼装头在油缸的作用下又可以实现在水平方向上的摆动和在竖直方向上的摆动以及抓紧和放松管片的功能。

这样在拼装管片时就可以有六个方向的自由度从而可以使管片准确就位。

拼装手可以使用有线的或遥控的控制器操作管片拼装机用来拼装管片。

我们采用的是1.5m长的通用管片一环管片由六块管片组成它们是三个标准块、两块临块和一块封顶块。

封顶块可以有十个不同的位置代表十种不同类型的管环通过选择不同类型的管环就可以使成型后的隧道轴线与设计的隧道轴线相拟合。

隧道成型后管环之间及管环的管片之间都装有密封用以防水。

管片之间及管环之间都由高强度的螺栓连接。

6.排土机构盾构机的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机。

螺旋输送机由斜盘式变量轴向柱塞马达驱动皮带输送机由电机驱动。

碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上皮带输送机再将碴土向后运输至第四节台车的尾部落入等候的碴土车的土箱中土箱装满后由电瓶车牵引沿轨道运至竖井龙门吊将士箱吊至地面并倒人碴土坑中。

螺旋输送机有前后

两个闸门前者关闭可以使泥土仓和螺旋输送机隔断后者可以在停止掘进或维修时关闭在整个盾构机断电紧急情况下此闸门也可由蓄能器贮存的能量自动关闭以防止开挖仓中的水及渣土在压力作用下进入盾构机。

防止盾构机喷涌控制螺旋机后门开度控制压力差即螺旋机前部和后部的土压差压力差越大越有喷涌的可能。

7.后配套设备后配套设备主要由以下几部分组成管片运输设备、四节后配套台车及其上面安装的盾构机操作所需的操作室、电气部件、液压部件、注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、循环水设备及通风设备等。

进水压力一般正常位0.5MPar温度不高于30度。

A.管片运输设备管片运输设备包括电瓶车车、运送管片的双轨梁及其连接桥轨道。

管片由龙门吊从地面下至竖井的管片车上由电瓶车牵引管片车至第一节台车前的双轨梁—方由双轨梁吊起管片向前运送到喂料机上供给管片拼装机使用。

B.一号台车及其上的设备一号台车上装有盾构机的操作室及注浆设备。

盾构机操作室中有盾构机操作控制台、控制电脑、盾构机PLC自动控制系统、VMT隧道掘进激光导向系统电脑及螺旋输送机后部出土口监视器。

C.二号台车及其上的设备二号台车上有包含液压油箱在内的液压泵站、膨润土箱、膨润土泵、盾尾密封油脂泵及润滑油脂泵。

液压油箱及液压泵站为刀盘驱动、推进油缸、铰接油缸、管片拼装机、喂料机、螺旋输送机、注浆泵等液压设备提供压力油。

泵站上装有液压油过滤及冷却回路液压油冷却器是水冷式。

盾尾密封油脂泵在盾构机掘进时将盾尾密封油脂由12条管路压送到三排盾尾密封刷与管片之间形成的两个腔室中以防止注射到管片背后的浆液进入盾体内。

润滑油脂泵将油脂泵送到盾体中的小油脂桶中盾构机掘进时4kw电机驱动的小油脂泵将油脂泵送到主驱动齿轮箱、螺旋输送机齿轮箱及刀盘回转接头中。

这些油脂起到两个作用一个作用是被注入到上述三个组件中唇形密封件之间的空间起到润滑唇形密封件工作区域及帮助阻止赃物进入被密封区域内部的作用对于螺旋输送机齿轮箱还有另外一个作用就是润滑齿轮箱的球面轴承。

D.三号台车及其上的设备三号台车上装有两台空压机、一个1立方米贮气罐、一组配电柜及一台二次风机。

空压机可提供8Bar的压缩空气并将压缩空气贮存在贮气罐中压缩空气可以用来驱动盾尾油脂泵、密封油脂泵和气动污水泵用来给人闸、开挖室加压用来操作膨润土、盾尾油脂的气动开关用来与泡沫剂、水混合形成改良土壤的泡沫等。

二次风机由11kW的电机驱动将由中间井输送至第四节台车位置处的新鲜空气继续向前泵送至盾体附近以给盾构机提供良好的通风。

E.四号台车及其上的设备四号台车上装有变压器、电缆卷筒、水管卷筒、风管盒。

铺设在隧道中的两条内径为100mm的水管作为盾构机的进、回水管将竖井地面的蓄水池与水管卷筒上的水管连接起来与蓄水池连接的一台高压水泵驱动盾构机用水在蓄水池和盾构机之间循环。

通常情况下进人盾构机水管卷筒水管的水压控制在5Bar左右。

正常掘进时进人盾构机水循环系统的水有以下的用途对掖压油、主驱动齿轮油、空压机、配电柜中的电器部件及刀盘驱动副变速箱具有冷却功能为泡沫剂的合成提供用水提供给盾构机及隧道清洁用水。

蓄水池中的水用冷却塔进行循环冷却。

风管盒中装有折叠式的风管风管与竖井地面上的风肌连接向隧道中的盾构机里提供新鲜空气。

新鲜空气通过风管被送至第四节台车的位置。

8.电气设备盾构机电气设备包括电缆卷筒、主供电电缆、变压器、配电柜、动力电缆、控制电缆、控制系统、操作控制台、现场控制台、螺旋输送机后部出土口监视器、电机、插座、照明、接地等。

电器系统最小保护等级为IP5.5。

主供电电缆安装在电缆卷筒上10kV的高压电由地面通过高压电缆沿隧道输

送到与之连接的主供电电缆上接着通过变压器转变成400v50Hz的低压电进人配电柜再通过供电电缆和控制电缆供盾构机使用。

西门子S7-PLC是控制系统的关键部件控制系统用于控制盾构机掘进、拼装时的各主要功能。

例如盾构机要掘进时盾构机司机按下操作控制台上的掘进按钮一个电信号就被传到PLC控制系统控制系统首先分析推进的条件是否具备如推进油缸液压油泵是否打开润滑脂系统是否工作正常等.如果推进的条件不具备就不能推进如果条件具备控制系统就会使推进按钮指示灯变亮同时控制系统也会给推进油缸控制阀的电磁阀供电电磁阀通电打开推进油缸控制阀盾构机开始向前推进。

PLC安装于控制室在配电柜里装有远程接口PLC系统也与操作控制台的控制电脑及VMT公司的SLS-T隧道激光导向系统电脑相连。

盾构机操作室内的操作控制台和盾构机某些可移动装置旁边的现场控制台如管片拼装机、管片吊车、管片运送小车等用来操作盾构机实现各种功能。

操作控制台上有控制系统?

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螺旋输送机后部出土口监视器用来监视螺旋输送机的出土情况。

电机为所有液压油泵、皮带机、泡沫剂泵、合成泡沫用水水泵、膨润土泵等提供动力。

当电机的功率在30kW以下时采用直接起动的方式当电机的功率大于30kW时为了降低起动电流采用星形—三角形起动的方式。

SIMEMSVMTSIMEASP24-3U29-69D2RS485中继器9-69D5RS485中继器9-54D211-4U2

A-44D2ET20090-70D2RS485中继器9-34D2SMS拼装机旋转角度监测拼装机信号接收齿轮油分配监测PROFIBUS现场总线示意图9-2D2PM2PM19-2D7泡沫单元工业以太网9.辅助设备辅助设备包括数据采集系统、S1S-T隧道激光导向系统、注浆装置、泡沫装置、膨润土装置。

A.数据采集系统数据采集系统的硬件是一台有一定配置要求的计算机和能使该计算机与隧道中掘进的盾构机保持联络的调制解调器、转换器及电话线等原件。

该计算机可以放置在地面的监控室中并始终与隧道中掘进的盾构机自动控制系统的PLC保持联络这样数据采集系统就可以和盾构机自动控制系统的PLC具有相同的各种关于盾构机当前状态的信息。

数据采集系统按掘进、管片拼装、停止掘进三个不同运行状态段来记录、处理、存储、显示和评判盾构机运行中的所有关键监控参数。

通过数据采集系统地面工作人员就可以在地面监控室中实时监控盾构机各系统的运行状况。

数据采集系统还可以完成以下任务用来查找盾构机以前掘进的档案信息通过与打印机相连打印各环的掘进报告修改隧道中盾构机的PLC的程序等等。

B.隧道掘进激光导向系统德国VMT公司的SLS-T隧道掘进激光导向系统主要作用有以下几点?

可以在隧道激光导向系统用电脑显示屏上随时以图形的形式显示盾构机轴线相对于隧道设计轴线的准确位置这样在盾构机掘进时操作者就可以依此来调整盾构机掘进的姿态使盾构机的轴线接近隧道的设计轴线这样盾构机轴线和隧道设计轴线之间的偏差就可以始终保持在一个很小的数值范围内。

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推进一环结束后隧道掘进激光导向系统从盾构机PLC自动控制系统获得推进油缸和铰接油缸的油缸杆伸长量的数值并依此计算出上一环管片的管环平面再综合考虑被手工输入隧道掘进激光导向系统电脑的盾尾间隙等因素计算并选择这—环适合拼装的管片类型。

可以提供完整的各环掘进姿态及其他相关资料的档案资料。

可以通过标准的隧道设计几何元素计算出隧道的理论轴线。

可以通过调制解调器和电话线和地面的一台电脑相连这样在地面就可以实时监控盾构机的掘进姿态。

隧道掘进激光导向系统主要部件有激光经纬仪、带有棱镜的激光靶、黄

盒子、控制盒和隧道掘进激光导向系统用电脑。

激光经纬仪临时固定在安装好的管片上随着盾构机的不断向前掘进激光经纬仪也要不断地向前移动这被称为移站。

激光靶则被固定在中盾的双室气闸上。

激光经纬仪发射出激光束照射在激光靶上激光靶可以判定激光的入射角及折射角另外激光靶内还有测倾仪用来测量盾构机的滚动和倾斜角度再根据激光经纬仪与激光靶之间的距离及各相关点的坐标等数据隧道掘进激光导向系统就可以计算出当前盾构机轴线的准确位置。

控制盒用来组织隧道掘进激光导向系统电脑与激光经纬仪和激光靶之间的联络并向黄盒子和激光靶供电。

黄盒子用来向激光经纬仪供电并传输数据。

隧道掘进激光导向系统电脑则是将该系统获得的所有数据进行综合、计算和评估。

所得结果可以被以图形或数字的形式显示在显示屏上。

C.注浆装置注浆装置主要包括两个注浆泵、浆液箱及管线。

在竖井浆液被放入浆液车中电瓶车牵引浆液车至盾构机浆液箱旁浆液车将浆液泵入浆液箱中。

两个注浆泵各有两个出口这样总共有四个出口四个出口直接连至盾尾上圆周方向分布的四个注浆管上盾构机掘进时山注浆泵泵出的浆液被同步注入隧道管片与土层之间的环隙中浆液凝固后就可以起到稳定管片和地层的作用。

为了适应开挖速度的快慢注浆装置可根据压力来控制注浆量的大小可预先选择最小至最大的注浆压力这样可以达到两个目的一是盾尾密封不会被损坏管片不会受过大的压力二是对周围土层的扰动最小。

注浆方式有两种人工方式和自动方式。

人工方式可以任选四根注浆管中的一根由操作人员在现场操作台上操作按钮启动注浆系统自动方式则是在注浆现场操作台上预先设定好的盾构机掘进即启动注浆系统。

盾构区间圆形隧道外径6m内径5.4m管片宽1.5m厚300mm。

1、注浆目的1.1控制地层变形由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径管片拼装完毕并脱出盾尾后与土体间形成一个环形间隙简称盾尾间隙图2。

盾尾间隙如果不及时得到填充势必造成地层变形使相邻地表、建构筑物沉降或隧道本身偏移。

盾尾注浆的最重要目的就是及时填充盾尾间隙防止因盾尾间隙的存在导致地层发生较大变形。

盾尾脱离管片后土体与管片存在着间隙此时浆液迅速及时填充空隙可大大减小土层的移动从而减少地表的变形。

图2管片和成洞洞体间隙示意单位mm1.2提高隧道的抗渗性盾尾注浆液凝固后一般都有一定抗渗性能可作为隧道的第一道止水防线从而提高隧道抗渗性能。

1.3确保隧道的稳定性盾构法隧道是一种管片衬砌与围岩共同作用的结构稳定的构造物管片背面空隙均匀密实地注入、填充浆液是确保土压力均匀作用的前提条件。

具备一定早期强度的浆液及时填充盾尾间隙可确保管片衬砌的早期和后期稳定性。

2、注浆系统分类2.1根据注浆与盾构掘进的关系从时效性上可将盾尾注浆分为三大类1同步注浆盾尾间隙形成的同时立即注浆使浆液即时填充盾尾间隙。

2及时注浆3二次注浆一次注浆效果不理想时需要通过二次注浆对前期注浆进行补充。

一般在隧道发生偏移、地表沉降异常时或在一些特殊地段盾构进出站、联络通道附近使用。

3尾注浆浆液分类1单液浆由粉煤灰、砂、水泥、水、外加剂等在搅拌机中一次拌和而成这种浆液又可分为惰性浆液和硬性浆液。

惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等凝胶物质早期强度和后期强度均很低的浆液。

而硬性浆液即在浆液中掺加了水泥等凝胶物质具备一定早期强度和后期强度的浆液。

对于惰性浆液浆液强度、初凝时间、泵送性能和含水量密切相关含水量大则强度低泵送性好含水量少则反之对于硬性浆液浆液强度、初凝时间、泵送性能和水灰比密切相关水灰比高则强度低泵送性好水灰比低则反之。

2双液浆双液浆为由水泥砂浆等搅拌成的A液与由水玻璃等组成的B液

混合而成的浆液。

双液浆又可根据初凝时间不同分为缓结型初凝时间30-60s和瞬凝型初凝时间lt20s。

胶凝时间越长越容易发生向土仓泄漏和向土体内流失的情况限定范围的填充越困难而且在没有初凝前容易被地下水稀释产生材料分离因此目前多采用瞬凝型浆液注浆。

但胶凝时间过短也会造成注入还没结束浆液便失去了流动性导致填充效果不佳。

3.2浆液的应用作为盾构注浆浆液必须具备良好的和易性不易离析、不易被地下水稀释且要有一定的早期强度浆液硬化后收缩率和渗透系数小无公害。

单液浆由于其施工工艺简单、易于控制、不易堵管等优点较广泛地应用于盾尾同步注浆系统。

其中惰性浆液初凝时间长制备成本低在长江三角洲软弱地层为主的地区应用较为.