《盾构机操作讲义》Word文档下载推荐.docx

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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1．2m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。

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、五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。

7.1 

管片运输设备

管片运输设备包括管片运送小车、运送管片的电动葫芦及其连接桥轨道。

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电动葫芦—方，由电动葫芦吊起管片向前运送到管片小车上，由管制、车再向前运送，供给管片拼装机使用。

7.2 

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。

7．3二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。

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、管片运输小车、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。

7．4三号台车及其上的设备

三号台车上装有：

泡沫箱，一组配电柜，盾尾密封油脂泵、刀盘密封油脂泵及润滑油脂泵，一台二次风机。

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。

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。

7．5 

四号台车及其上的设备

四号台车上装有变压器、冷却水装置，两台空压机和一个1立方米贮气罐。

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，用送给人闸、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，用来启动气动工具等。

7.6五号台车及其上的设备

五号台车上装有电缆卷筒、水管卷筒、风筒。

风筒中装有折叠式的风管，风管与竖井地面上的风机连接，向隧道中的盾构机里提供新鲜空气。

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。

电缆卷筒上有12000V的高压电缆。

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400v，50Hz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电脑显示器、实现各种功能的按钮、调整压力和速度的旋钮、显示压力或油缸伸长长度的显示模块及各种钥匙开关等。

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。

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。

9．1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。

9．2 

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：

①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。

②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。

③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。

④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。

⑤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。

9．3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。

9．4 

泡沫装置

泡沫系统主要包括泡沫剂罐、泡沫剂泵、水泵、四个溶液计量调节阀、四个空气剂量调节阀个液体流量计、四个气体流量计、泡沫发生器及连接管路。

泡沫装置产生泡沫，并向盾构机开挖室中注入泡沫，用于开挖土层的改良，作为支撑介质的土在加入泡沫后，其塑型、流动性、防渗性和弹性都得至U改进，盾构机掘进驱动功率就可减少，同时也可减少刀具的磨损。

泡沫剂泵将泡沫剂从泡沫剂罐中泵出，并与水泵泵出的水按盾构司机操作指令的比例混合形成溶液，控制系统是通过安装在水泵出水口处的液体流量计测量水泵泵出水的流量，并根据这一流量控制泡沫剂泵的输出量来完成这一混合比例指令的。

混合溶液向前输送至盾体中，被分配输送到四条管路中，经过溶液剂量调节阀和液体流量计后，又被分别输送到四个泡沫发生器中，在泡沫发生器中与同时被输入的压缩空气混合产生泡沫，压缩空气进入泡沫发生器前也要先经过气体流量计和空气剂量调节阀。

泡沫剂溶液和压缩空气也是按盾构机司机操作指令的比例混合的，这一指令需通过盾构机控制系统接收液体流量计和气体流量计的信息并控制空气剂量调节阀和溶液剂量调节阀来完成。

最后，泡沫沿四条管路通过刀盘旋转接头，再通过刀盘上的开口，注入到开挖室中。

在控制室，操作人员也可以根据需要从四条管路中任意选择，向开挖室加入泡沫。

9．5膨润土装置

膨润土装置也是用来改良土质，以利于盾构机的掘进。

膨润土装置主要包括膨润土箱、膨润土泵、九个气动膨润土管路控制阀及连接管路。

需要注入膨润土时，膨润土被膨润土泵沿管路向前泵至盾体内，操作人员可根据需要，在控制室的操作控制台上，通过控制气动膨润土管路控制阀的开关，将膨润土加入到开挖室、泥土仓或螺旋输送机中。

二、PLC控制屏幕的介绍

1、屏幕的布置

1．1推力油缸、泥浆灌注、铰接盾构

1．2拼装机、推力油缸和泥浆灌注的参数

1．3刀盘，盾尾油脂润滑

1．4盾尾密封参数

1．5刀盘，螺旋输送机，桥架，温度的参数

1．6泡沫回路

1．3．7过滤器回路泵、仿形刀、推力油缸、泡沫装置、刀盘、螺旋输送机和输送机皮带

1．8故障信息的警示/存档

2操作面板的描述

2．1控制室中的控制面板

2．1．1马达启动

名称

功能

条件/过程

马达启动

过滤器回路

启动/停止

启动和关闭液压油罐（桥架）的过滤器回路泵和冷却回路泵。

条件：

∙液压油罐中有足够的油量；

∙对液压油冷却器有足够的冷却水供应和冷却水温度。

冷却水

启动和关闭冷却水泵。

拼装机

启动和关闭用于推力油缸和拼装机的液压泵。

条件:

∙过滤和冷却回路正在运行；

∙拼装机没有紧急停车功能。

润滑泵

启动和关闭用于螺旋输送机润滑和刀盘驱动的泵。

∙在润滑脂箱中有充足的润滑脂；

∙没有润滑脂桥是活动的。

超挖刀

启动和关闭超挖刀液压装置（在盾构中的单独装置）。

∙在液压装置中有充分的油位高度；

∙没有紧急停车功能在起作用。

通风

启动和关闭二次通风。

·

无紧急停车功能。

推力泵

启动和关闭用于推力油缸的液压泵。

∙运行过滤器和冷却回路；

∙无紧急停止功能。

辅助液压装置

启动和关闭用于灌浆和辅助液压装置的液压泵。

螺旋输送机

启动和关闭螺旋输送机的液压泵。

齿轮油泵

启动和关闭齿轮油泵。

∙齿轮腔内加有足够的油位；

加注泵

启动和关闭用于刀盘驱动装置的加注泵。

无紧急停止功能。

调节泵

启动和关闭用于刀盘驱动装置的油调节泵。

刀盘驱动装置1-3

启动和关闭用于刀盘驱动装置的液压泵。

∙运行齿轮油泵；

∙运行脂润滑泵。

2．1．2螺旋输送器

条件/步骤

土压平衡式盾构、闸门、探测器

土压1–5[巴]

显示挖掘舱中在不同标高用土压传感器记录的土压。

土压背压

[巴]

显示/螺旋输送机土压背压。

∙运行过滤和冷却回路；

∙运行螺旋输送机泵；

∙运行输送机皮带；

关闭前闸门的程序：

∙缩回螺旋输送机的探测器；

∙关闭前闸门。

过载限制阀

信号灯。

低压

探测器延伸/缩回

螺旋输送机的延伸和缩回探测器

后闸门开/关

打开和关闭卸载闸门。

前闸门开/关

打开和关闭挖掘舱内的螺旋闸门

后闸门的行程[MM]

螺旋闸门的开启显示。

名称

输送

按压该开关选择卸载模式输送。

∙螺旋输送机工作；

∙辅助液压装置泵工作；

∙皮带输送机工作；

步骤/输送:

⇒把速度电位计调整到„0“；

⇒按压启动键；

⇒用电位计在0–最大值之间调整速度；

⇒按压0键结束旋转运动。

步骤/反转:

⇒把速度电位计调节到„0“；

⇒按压反转键；

按压开关“0”停止螺旋输送机。

反转

螺旋输送机反方向旋转。

速度

0–最大值

在0–最大值之间调整速度。

[1/MIN]

显示螺旋输送机的速度。

扭转压力

显示螺旋输送机的液压泵驱动装置的压力。

操作/维修

把钥匙开关旋转到“操作”位置，使用正常工作模式。

把钥匙开关旋转到“维修”位置，使用维修模式。

维修指示灯打开。

在“操作”位置，输送机面板上“维修”位置的钥匙开关必须调节到控制室的位置。

在“维修”位置，启用螺旋输送机本身面板的维修操作。

参阅4.2.2.5的说明。

2．1．3刀盘,超挖刀

刀盘

（0–最大值）

在0–最大值之间调整速度。

∙刀盘驱动装置1和2工作；

∙脂润滑正在运行；

∙控制室面板的条件操作起作用。

步骤:

⇒启动旋转步骤1或2的预选择；

⇒启动向左或向右的旋转运动的预选择；

⇒把速度电位计调节到”0“；

⇒推启动键。

⇒使用电位计速度在0–最大值之间调整速度；

⇒按停止键关闭刀盘旋转。

显示刀盘驱动装置的速度。

显示刀盘驱动装置液压泵的压力。

步骤1/步骤2

步骤1或2的预选择。

向左/向右

向左、向右旋转方向的预选择。

启动和停止刀盘的旋转运动。

刀盘

在“操作”位置，刀盘驱动装置面板上“维修”位置的钥匙开关必须调节到控制室的位置。

在“维修”位置，刀盘驱动装置本身的维修面板启用。

参阅4.2.x.x的说明。

密封润滑脂泵

启动或关闭HBW密封脂泵。

必要条件/步骤

缩回/伸出

缩回或伸出超挖刀。

2．1．4推力油缸

推力油缸

前进速度

[MM/MIN]

0–最大值

显示推力油缸的前进速度；

在0–最大值之间调节前进速度。

压力组A–D

显示推力油缸A–D的液压装置前进速度；

在0–最大值之间调节压力组的液压装置的前进压力。

行程

[MM]

显示每个压力组A–D液压装置伸出的行程。

前进

选择“前进”模式

在“