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1、北京地铁铰接式土压平衡盾构测控系统的消化吸收摘要:概括介绍了日本小松公司生产的铰接式土压平衡盾构的功能和特点,以及测控系统的组成和设计思想,剖析了盾构的控制和操作方法,总结了测控系统的特点,对国产盾构测控系统的设计提出了建议。关键词:地铁;铰接式土压平衡盾构;盾构测控系统;消化和吸收1盾构概况北京地铁4号线颐和园至圆明园之间的隧道施工,采用日本小松公司生产的铰接式土压平衡盾构。它将穿越砂砾复合地层,推进距离约1.5km。该盾构主要参数有,直径:Ф6140mm;长度:8570mm;推进速度:0~8.5c
2、m/min;总推力:37730kN。铰接式土压平衡盾构主要部件的功能和特点如下:(1)大刀盘是通过9台刀盘电机来驱动,再由5台变频器控制刀盘电机,实现刀盘转速的选择和切换。刀盘速度设有五档分别为0.5、0.7、1.1、1.6、2.2r/min。 (2)螺旋机由1个液压马达来拖动,它可通过比例阀进行无级调速,螺旋机调速范围为0~25r/min。(3)螺旋机有伸缩功能,维修时可将螺旋机轴缩回关闭前部二道螺旋机闸门,使螺旋机与泥土仓完全隔离。9 (4)推进系统由推进泵带动分成四区的22个推进千斤顶,并通
3、过一个比例阀对油压进行调整和控制来调节推进速度。 (5)铰接系统由铰接泵带动4个铰接千斤顶进行上、下、左、右的转动与全伸、全缩等动作,调整盾构的推进姿态。 (6)拼装回转和螺旋机闸门合用1台液压泵,分别在拼装/推进状态中使用。 (7)皮带机在运行前,予报警5s,才能正式运转。在皮带机两边设有拉绳式紧停钮,可以紧急停止皮带机。 (8)盾尾油脂设前后二道密封,由1台盾尾油脂密封泵每道各分6个点进行压注。 (9)有2台集中润滑油脂泵(简称油脂泵)分连续和间断二个工作状态分别注入油脂。 (10)有1
4、套稀油润滑循环泵(简称循环泵)进行润滑油的加注。 (11)用2台泥浆泵通过变频器调节加泥流量。向土仓内加泥浆。 (12)由注浆泵和搅拌机组成的注浆系统可进行单液浆压注,有清洗管道功能。 (13)有1套泡沫装置可发生泡沫注入盾构前方土体中。2盾构测控系统2.1盾构控制系统盾构控制系统主要由PLC可控制编程控制器和显示操作终端机组成。PLC采用主从结构,有1个主站和2个从站,另有一套注浆PLC。见图19PLC可编程控制器采用日本三菱公司制造的Ans系列产品。该盾构采用的A2USHCPU组件是当今世界
5、上最先进的微型化PLCCPU之一。它采用三菱顺控处理器(MSP),使得其可以达到与许多大型、更昂贵的PLC相媲美的速度和功能。PLC主站设在控制台,主CPU型号为A2USHCPU-S1,带3个显示操作终端机,编号为GC1、GC2、GC7。其中GC1、GC2分别操作盾构设备,互为备用。另一个GC7操作加泥设备。1#从站设在盾构内,带3个显示操作终端机,编号为GC3~5。其中GC3、GC4操作盾构千斤顶,GC5远程操作注浆。2#从站设在2#车架,带1个显示操作终端机(俗称触摸屏),编号为GC6,操作注浆设
6、备。主站同1#、2#从站通过两个并行的电缆环路连接(双环网)。系统采用了高速可靠的数据通信,即MELSECNET/Ⅱ数据通信系统,它采用2个并行的电缆环路连接各PLC站,其中一个称之为正向环路(或主环路),另一个称之为反向环路(或副环路)。当主环路内发生电缆断裂,通信自动切换到副环路,继续保持数据通信。如果2个环路均断裂或者均脱接,除断裂的PLC,连接的站之间仍保持继续通信。9注浆PLC独立于PLC系统外,型号为:FX1N-40MR,通过I/O口同PLC主站进行信号的交换。PLC配置了开关量输入/输出
7、组件、模拟量输入/输出组件、通信接口组件和计算机通信组件。详见表1PLC配置表。2.2姿态测控系统盾构的姿态测控系统由盾构和地面2个部分组成。盾构部分主要有全站仪、棱镜、测量接口、控制单元、计算机(显示器)等设备组成。地面部分主要有计算机(显示器)和集线器等设备组成,盾构与地面部分通过一对兆比特调制解调器(SDSL)进行信号的联接。见图2。该系统通过高精度的测量仪器和专用软件来实现盾构姿态的自动测量,可以取得实时的数据信息有: ①后视点、站的坐标和登录名称; ②测量目标的数据; ③测量时的盾构俯
8、角和转角; ④盾构前、中、后的坐标值,方位偏差等计算结果。在盾构内,全站仪测量得到的姿态信号和PLC获取的盾构施工信号在测量接口单元中集成在一起,在盾构计算机显示器上显示,并送地面计算机。2.3检测系统9根据盾构测控系统的需求,配置了基本的检测仪器,检测的模拟量信号有:土仓土压力,推进千斤顶油压、行程、速度,四区油压,螺旋机油压、转速,铰接千斤顶行程,刀盘变频器输出功率,刀盘密封温度,螺旋机闸门开度,注浆压力,注浆桶浆液位,泡沫压力,加泥压力,加泥流量
