大直径盾构旋转测控技术.doc

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1、摘要上海复兴路隧道为上下双层车道的越江隧道，施工中采用了盾构施工旋转角测控系统。自行研制的高精度盾构水平检测装置，解决了大直径盾构旋转产生的水平偏差对倾角精度的要求；文章对控制盾构旋转的工作原理、电气测控系统的设计要求、盾构纠转系统的电气工作原理和软硬件组成作了阐述。关键词盾构旋转角测量控制一、前言上海复兴路隧道为上下双层车道形式，采用进口的φ11.22m泥水平衡盾构进行施工。由于上层路面承载于隧道两侧管片(B5、B6)的预制牛腿上，因此，路面的水平度与管片拼装的位置有关。盾构在掘进过程中，盾构本体因受刀盘运转的反作用力会发

2、生旋转，一般可通过调整刀盘的转向来控制盾构的转角，若因土质条件的变化而使转角控制超标，那么就要采取新的纠转措施。不仅要求原进口盾构增加纠转功能，而且要求在管片拼装时及时准确检测首块管片的相对位置，主动控制管片的拼装误差(设计要求管片拼装的水平误差控制在±50mm之内)。二、盾构旋转控制系统大直径盾构纠转的特点是纠偏力矩大、纠偏角检测精度要求高。盾构纠转装置总体对电气测控的设计要求是提高检测精度和控制效果。1.控制盾构旋转的工作原理为达到及时纠正盾构旋转偏差的要求，在原有推进千斤顶的基础上加设了一套控制系统，用于调节盾构两

3、侧各5台主推进千斤顶的纵向偏角，从而使得两侧10台千斤顶产生向偏角方向的侧向分力，两侧千斤顶的侧向分力沿盾构截面中心点对称分布，最终产生的合力使盾构朝设定的方向旋转。2.对电气测控系统的要求为准确及时控制盾构旋转角度，先要精确测量盾构当前的转角数据，并要精确得出管片拼装的基准位置，因而必须设计一套精确可靠的电气测控系统。具体设计要求是：(1)设计高精度盾构水平检测系统，检测盾构本体水平转角绝对值，运用先进的检测技术，得出盾构本体精确转角值，避免累计误差。(2)设计偏转千斤顶控制系统，准确控制和反馈参与纠转的主推进千斤顶个

4、数、偏角和偏角方向。(3)设计人机交互界面，向操作人员提示检测数据和系统控制对象的运行状况，提供纠转操作平台。(4)设计逻辑处理程序，根据检测数据进行逻辑运算，在自动模式、联动模式、单动模式下，根据各自操作流程执行逻辑输出。(5)设计数据采集记录系统，对盾构发生的偏转、操作员采取的操作措施、受控设备的运行情况和报警等历史数据进行记录。(6)设计多媒体报警提示功能，采用声光等多媒体手段向操作员发出提示信息，以便在各种情况下得到系统信息。3.电气系统的组成盾构纠转电气系统是在原盾构电气系统上加设的，由于原盾构是由日本三菱

5、公司设计制造的，其控制系统元器件和控制电源、控制信号都是采用日本的110V标准。在盾构经部分维修改造后，局部采用220V电源，盾构纠转系统的电气设计是根据原盾构现况和国内常用器件性能，设计成220/110双路电源供电，220V电源为系统控制设备工作电源；为保证与原系统信号匹配，采用110V为输入输出电源。本系统共设置3台控制柜，分别为中央控制柜(M柜)和左右侧分控柜(1＃、2＃控制柜)。中央控制柜设人机交互界面，供操作员操控，柜内设置中央控制计算机和主控PLC；分控柜分别设置远程PLC模块和分别对应两侧纠转千斤顶的手动操作按钮

6、。各控制柜均设有紧急停止按钮，用于特殊情况下停止所有动作，具有最高优先级。系统根据不同的操作要求，提供自动、联动、单动3种控制模式。(1)自动模式盾构纠转系统在自动模式下为闭环的自动控制系统，根据高精度水平检测仪的实时检测数据，经计算机系统数据处理并经逻辑处理程序得出具体纠转指令，再由纠转千斤顶控制系统操作纠转千斤顶动作(2)联动模式盾构纠转系统在联动模式下为带闭环反馈和联动预设的人工参与自动化控制系统，根据高精度水平检测仪的实时检测数据，经计算机系统数据处理并经逻辑处理程序得出具体纠转建议提示信息，由操作人员根据计算机

7、的提示作出决策，再由纠转千斤顶控制系统操作纠转千斤顶动作。在此模式下计算机主动进行实时监测，并作出相应的联动纠转编组操作建议，根据操作员决策、修改方案，实施纠转控制。(3)单动模式盾构纠转系统在单动模式下为开环带反馈和报警的人工参与控制系统，该模式给予操作员最大的决策自由，主要用于特殊控制要求和调试检修。系统根据高精度水平检测仪的实时检测数据，在计算机人机界面显示经数据处理后的实际偏转数据以及纠转千斤顶的即时工作状态，操作人员自行根据计算机的显示信息和其他监测数据并结合控制要求作出人工决策，输入人机界面。控制系统根据此决策信

8、息命令控制系统操作纠转千斤顶动作。纠转过程中系统只提示报警信息，不提示和限制其他动作。4.纠转系统的硬件构成(1)水平检测仪水平检测仪必须符合以下要求：①检测精度高，有足够的分辩率；②重复精度好，在相当长的施工周期内保持良好的绝对精度，以避免复测校正带来