激光法盾构自动导向系统的研究与实现

盾构机的组成

盾构机得组成及各组成部分在施工中得作用 盾构机得最大直径为6、３4m,总长６５m,其中盾体长８、5m,后配套设备长5６.５m,总重量约406t,总配置功率１ 577ｋＷ,最大掘进扭矩5 30０ｋＮ m,最大推进力为3６40０kN,最陕掘进速度可达8cm/ｍｉn。盾构机主要由9大部分组成,她们分别就是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统与辅助设备。 2。1盾体 盾体主要包括前盾、中盾与尾盾三部分,这三部分都就是管状简体,其外径就是6.25m。 前盾与与之焊在一起得承压隔板用来支撑刀盘驱动,同时使泥土仓与后面得工作空间相隔离,推力油缸得压力可通过承压隔板作用到开挖面上,以起到支撑与稳定开挖面得作用。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得土压力、 前盾得后边就是中盾,中盾与前盾通过法兰以螺栓连接,中盾内侧得周边位置装有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得管片上,通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前得掘进力,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得压力,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得轴线尽量拟合隧道设计轴线、 中盾得后边就是尾盾,尾盾通过１4个被动跟随得铰接油缸与中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。 2。2刀盘 刀盘就是一个带有多个进料槽得切削盘体,位于盾构机得最前部,用于切削土体,刀盘得开口率约为２８％,刀盘直径６。28m,也就是盾构机上直径最大得部分,一个带四根支撑条幅得法兰板用来连接刀盘与刀盘驱动部分,刀盘上可根据被切削土质得软硬而选

盾构机激光导向测量系统原理研究

盾构机激光导向测量系统原理研究 盾构机激光导向测量系统原理研究 摘要：以我公司在某工程使用的海瑞克S481盾构机为例，介绍该盾构机配套的激光导向测量系统的组成，探讨该激光导向系统的工作过程，从测绘学角度，研究该激光导向系统的工作原理。 关键字：盾构施工盾构机导向测量系统姿态 中图分类号：V556文献标识码： A 引言 目前，盾构法已成为我国隧道施工的一种主要方法，包括地铁隧道，电缆隧道，大的输水隧洞，伴随着激光、计算机及自动控制等技术的发展成熟，激光导向测量系统得到成功运用和发展。我国盾构施工技术自20世纪50、60年代引进以来，在许多领域有了进步和发展，但在激光导向系统方面，尤其是测绘学原理方面研究不深，在一定程度上影响了盾构施工对隧洞中心轴线控制，而且对我国自行研发也不利。 全面理解激光导向系统的测量原理，有助于工程技术人员在盾构施工中解决问题，保证隧道中心轴线和准确贯通。 1、盾构机激光导向系统组成及其作用 激光导向系统是综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机应用技术以及机械电子等技术指导盾构施工的独立运行体系，它主要由：（1）激光全站仪（激光发射和接收源、距离和角度量测设备）和黄盒子（信号传输和供电装置，共2个）；（2）激光接收靶（内置光栅和横、竖向测斜仪）和小棱镜；（3）主控室的中继箱、工业电脑（包括安装的软件）、PLC；（4）油缸伸长量测量装置等。海瑞克盾构机激光导向系统核心是VMT测量系统软件。 在整个盾构施工过程中，激光导线测量系统起着非常重要的作用，它比作盾构机的“眼睛”，如下图2-1盾构施工基本过程图所示，盾构机激光导向系统贯穿整个盾构施工过程： 在测量系统工业电脑上动态显示盾构机轴线相对于隧道设计轴

VMT自动导向系统在盾构法施工中的应用

VMT自动导向系统在盾构法施工中的应用 摘要利用自动仿真技术，结合应用广泛的测量仪器，针对盾构法地铁施工，采用无线数据传输功能，方便、快捷地将盾构机掘进姿态以图形和文字的双重效果实时显示在计算机屏幕上，指导盾构机操作手调整盾构掘进参数，可真正实现操作可视化、同步化。 关键词控制测量联系测量导向系统盾构法地铁施工 1引言 盾构法施工工艺目前已经被绝大多数城市轨道交通工程予以采用。本文通过对国内城市轨道交通盾构法施工工艺的研究及成都地铁1、2 号线一期工程的实践，介绍地铁盾构施工中的控制测量、联系测量、盾构机自动导向系统，其中重点介绍海瑞克盾构机配置的VMT 导向系统的应用和研究。 2控制测量 2.1 平面控制测量 2.1.1 平面控制测量概述 地铁施工领域里平面控制网分两级布设，首级为GPS 控制网，二级为精密导线网。施工前建设单位提供一定数量的GPS 点和精密导线点，施工单位根据自身需要在标段范围内加密导线点，以满足在施工过程中测设工作的需要。 2.1.2 地面平面控制测量 在业主交接桩后，施工单位要对所交桩位进行复测，同时在所交桩的基础上加密精密导线点；特别是在始发井附近，一定要保证有足够数量的控制点。 控制测量采用导线边角测量方法进行，测量仪器应符合下列精度要求：角度≧2″，距离≧1.5 mm+2×10-6D/2.4s,人工测量应不低于4 个测回。 2.1.3 地下平面控制测量 洞内导线控制网是隧道掘进的基本框架，洞内施工控制导线一般采用双支导线的形式向前传递，然后将双支导线最前点连接起来，构成复合导线的形式。如果是在满足条件的成型隧道内，应尽量构成三角控制网的形式进行测设。测量精度要求同于地面测量。 洞内控制导线点一般采用在隧道最大跨度附近安装强制对中托架，这样测量起来非常方便，且可以提高对中精度，同时不影响洞内运输。 2.2 高程控制测量 2.2.1 高程控制测量概述 高程控制测量主要包括地面精密水准测量和高程传递测量及洞内精密水准测量，在一般情况下，城市地铁领域里的精密水准测量按城市二等水准测量标准施测。 2.2.2 地面高程控制测量 在业主交桩后，应及时对桩位进行复测，同时在标段范围内加密高程控制点，在始发井附近不得少于 1 个，根据情况也可以用导线点作为高程加密点。 2.2.3 地下高程控制测量 由于成型隧道一般都需要进行水平运输，底部铺设了钢轨，所以在布设洞内高程控制点时一定要确保点位不能突出最低轨面，否则很容易被电动机车破坏；但也不应过低，应避免被隧道底部淤泥掩埋，造成不必要的重测。 2.3 联系测量 2.3.1 联系测量概述

盾构机的组成

盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的最大直径为6．34m，总长65m，其中盾体长8．5m，后配套设备长56．5m，总重量约406t，总配置功率1 577k W，最大掘进扭矩5 300kN m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 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6．25m。 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。 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6．28m，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

盾构测量

内容提要：通过广州轨道交通四号线大学城专线隧道盾构掘进的实践，介绍了地铁盾构施工中的控制测量、联系测量、VMT导向系统、盾构姿态人工检测、管环检测的技术和经验，其中VMT导向系统的应用和维护及经验教训是本文介绍的重点。 关键词：平面控制、高程控制、联系测量、导向系统、盾构姿态、管环检测 1控制测量 1.1平面控制测量: 1.1.1平面控制测量概述: 地铁施工领域里平面控制网分两级布设，首级为GPS控制网，二级为精密导线网。施工前业主会提供一定数量的GPS点和精密导线点以满足施工单位的需要。施工单位需要做的是在业主给定的平面控制点上加密地面精密导线点，然后是为了向洞内投点定向而做联系测量，最后是在洞内为了保证隧道的掘进而做施工控制导线测量。不管是地面精密导线还是洞内施工控制导线都是精密导线测量，虽然边长不满足四等导线的要求，但是基本上是采用四等导线的技术要求施测，其中具体技术要求在《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》都有规定。 1.1.2地面平面控制测量： 在业主交接桩后，施工单位要马上对所交桩位进行复测。业主交桩数量有限，不一定能很好地满足施工的需要，所以经常要在业主所交桩的基础上加密精密导线点，以方便施工。特别是在始发井附近，一定要保证有足够数量的控制点，不少于３个。其具体技术要求在《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》都有规定。 1.1.3 洞内平面控制测量 洞内施工控制导线一般采用支导线的形式向里传递。但是支导线没有检核条件，很容易出错，所以最好采用双支导线的形式向前传递。然后在双支导线的前面连接起来，构成附合导线的形式，以便平定测量精度。洞内施工控制导线一般采用在管片最大跨度附近安装牵制对中托架，测量起来非常方便，且可以提高对中精度，还不影响洞内运输。强制对中托架尺寸形状要控制好，以便可以直接安装在管片的螺栓上面，不需要电钻打眼安装。由于盾构施工一般都是双线隧道错开50环左右掘进，如果错开环数很大，后面掘进的盾构机由于推力很大，会对前面另一个洞的导线点产生影响。特别是在左右线间距较小岩层很软时，影响很大，很容易导致测量出大错。还有就是如果在曲线隧道里，管片上的导线点间的边角关系经常受盾构机的推力和地质条件的影响，所以要经常复测。 1.2 高程控制测量： 1.2.1高程控制测量概述：

盾构导向系统横向比较

盾构导向系统横向比较 1、比较的导向系统 SLS-T 盾构导向系统（简称SLS-T ） MTG-T 盾构导向系统（简称MTG-T ） ROBOTEC 盾构导向系统（简称ROBOTEC ） ZED GLOBAL 盾构导向系统（简称ZED GLOBAL ） PPS 盾构导向系统（简称PPS ） RMS-D 盾构导向系统（简称RMS-D ） 2、关键技术 1.1系统原理 1.1.1 激光靶系统 图1激光靶偏航角测量示意图 如图1所示，激光靶的关键技术是精确感应激光束与激光靶轴线间的偏航角度，激光靶集成有精密角度传感器，能精确测定激光靶的转动角及俯仰角。 1.1.2 棱镜系统 图2棱镜技术原 如图2所示，棱镜技术是通过测量安装在盾构机上的两个棱镜及盾构机的转动角，通过数学 激光束 激光靶 偏航角 激光靶轴线

的方法计算盾构的位置姿态。 1.1.3 两种原理的差别 安装 1）、激光靶安装 图3 激光靶安装 激光靶系统在盾构机上仅需安装一个激光靶设备，易于安装、保护和维护。 2）、棱镜安装 图4 棱镜安装 除安装两个开关棱镜外，还需要安装一个角度传感器，共在盾构机上安装三个设备，每个设备需要供电及通讯。 通视状况 1）、激光靶系统

图5 激光靶通视状况 激光靶系统具有较好的通视距离，可很好的应用于狭窄测量通道的盾构机及小型盾构机。2）、棱镜系统 图6 棱镜系统通视状况 棱镜系统易发生棱镜被遮挡的情况，在狭窄测量通道的盾构机上应用受限，不能应用于小型盾构机。 测量精度及稳定性 1）、激光靶系统 方位角：0.25～0.5mm/m； 俯仰角：0.18～0.5mm/m； 转动角：0.18～0.5mm/m； 位置：1mm 测量结果稳定性：稳定。 2）、棱镜系统 方位角：与棱镜之间的距离有关； 俯仰角：0.18～0.5mm/m； 转动角：0.18～0.5mm/m； 测量结果稳定性：与棱镜安装位置有关。

土压平衡盾构机刀盘转速自动控制技术

土压平衡盾构机刀盘转速自动控制技术 摘要：本文介绍了我公司生产的土压平衡型盾构机刀盘的特点，从机械结构，电气控制等方面对刀盘驱动系统进行分析，并比较了刀盘转速自动控制与人工控制的优劣性最后设计了刀盘转速自动 控制程序，为盾构机变频驱动技术的研究提供参考。 关键词：变频驱动,plc,转速自动控制 abstract：the paper introduces the production of my company earth pressure balance shield machine the characteristics of cutter head.from the mechanical structure, electrical control aspects of cutterhead driving system is analyzed,and compare the cutter head rotation speed automatic and manual the final design the program of cutter head speed automatic control.for epb machine variable frequency drive technology research to provide the reference.. key words:variable frequency driving, plc, automatic speed control 中图分类号：f407.6 文献标识码：a 文章编号： 0引言随着我国地铁项目的日益发展，土压平衡型盾构机越来越多的被应用在城市地铁隧道的建设中，相比于传统的施工方法，盾构施工法具有不影响交通,安全性高，施工效率高，在软硬地层亦有较强的适应性,地表沉降易于控制,施工噪音小等优点，无疑是目前地铁隧道施工的首选方法，而盾构机掘进过程中刀盘转速的控制

盾构机自动控制技术现状分析及展望

盾构机自动控制技术现状分析及展望 为了满足大众出行的基本需求，缓解地面交通拥挤状况，我国正在大力开发和兴建地下隧道、巷道工程。盾构机是地下工程中最常使用的一种机械设备，其主要使用在隧洞的开挖掘进环节，并且发揮着不可替代的作用。为了有效地避免地下施工作业的危机，盾构机目前趋向于自动化、智能化控制，可以说目前的盾构机是集信息、机电、自动控制与液压等技术为一体的新型智能化机械设备，不仅可以对土体进行挖掘、输送，还可以对施工进行导向指引和纠正偏差。近几年，我国正在大力推动盾构机自动控制技术的发展，但是实际施工中自动控制的盾构机还是离不开人员的操作，因此，需要进一步加强完善和优化。本文主要通过浅述盾构机自动控制技术的现状，从而根据现状分析情况来展望盾构机自动技术的未来发展。 标签：盾构机；自动控制技术；现状；展望 盾构机是用于隧道地下工程的重要机械设备，其对隧道地下挖掘工作有着极大的促进作用，因此，应该充分发挥盾构机的最大效益。由于地下施工环境相对恶劣，地下工程施工不仅难度大，并且危险系数高。为了保障地下工程施工人员的安全，应该大力投入自动控制技术盾构机的使用，通过先进技术和先进设备来有效地避免安全隐患，最大限度地提升挖掘作业的效率。 1、盾构机自动控制技术现状分析 1.1位姿控制 通过控制液压缸的平衡来实现对盾构机的位姿控制，20世纪80年代，盾构机的位姿控制不仅建立了特定的控制模型，还积极引入了卡尔曼滤波理论的应用，此后，中外专家和研究学者投入到对盾构机位姿控制的深入研究当中。李慧平等专家在传统盾构机控制系统的基础之上，对模糊控制器的设计方案导入了“先分后合”的理念，这样可以有效地提高控制器的调节性能。然后，盾构机位姿控制系统还引入了LabVIEW技术的应用，并且在模糊控制器的基础上研究出千斤顶纠偏控制量，从而有效地推动盾构机进入自动化的发展潮流中。 1.2管片的自动拼装 传统的手动管片拼装存在着许多缺陷，因此，应该大力推动自动管片拼装的发展，不仅可以减少施工工序，还可以提高施工的精确性和效率度。20世纪80年达，日本是最开始研究自动管片拼装的国家，此后，各国纷纷进入自动管片拼装技术研究。国际隧道协会专门为隧道管片的拼装建立了相关设计机制，目前，发达国家已经全面进入了管片自动拼装的时代，通过机器人动态模型来协助管片全自动拼装的过程。 1.3盾构机掘进系统的自动控制

PPS盾构机导向系统简介

PPS盾构机导向系统简介 （1）导向系统是为了最大限度地把控制点位置信息提供给盾构机掘进系统，指导盾构司机进行操作。导向系统自动确定准确的三维空间位置和盾构机的开挖方向，并向司机提供盾构机离设计中心线的偏差。投影路径显示器（选用件）将偏离的盾构机调回设计中心线的最佳路线提供给司机。 （2）盾构机的位置和开挖方向的控制，是通过控制盾构机的至少两个控制位置及倾斜和转动角度来完成的，其控制点为安装在盾构机前部的两块棱镜，其相对于盾构机轴心线和局部坐标系的精确位置在组装盾构机时一次确定下来。 （3）盾构机转动和倾斜的角度是通过安装在盾构机内部的双轴倾斜仪精确测量得出，并进行控制和随时调整。 盾构机导向系统布置图见图12-4《PPS系统布置图》。 盾构机掘进控制机理为：在安装过程中通过人工测定预先确定好坐标的参考点（9）来定向经纬仪（1），并将测量基准资料输入系统电脑（2），再通过固定好位置和方向的机动经纬仪（1）自动测量盾构机里面的两块棱镜，通过标准勘测方法（系统附加功能）确定出经纬仪新的位置，进而得出盾构机姿态。 图12-4 PPS系统布置图 1：机动经纬仪、2：计算机、3：为间隙测量（选用）、4：推进油缸数据传输（选用） 5：倾斜与转动双轴倾斜计、6：安装在盾构机上的棱镜、7：系列数据传输（选用） 8：办公室电脑（选用）、9：远程棱镜、10：无线电子连接

（4）通过已定向的经纬仪测量斜距及水平和垂直角度得出盾构机两块棱镜的地球坐标。由于盾构机局部坐标系中两棱镜的位置在组装盾构机时已确定，而且盾构机转动和倾斜的角度可随时调出，进而盾构机上任意点（如：刀盘中心）在三维空间中的位置都可以计算出来。地球坐标系中的设计中心线是已知的并预先输入系统电脑，因此，盾构机相对中心线水平和垂直方向的偏差以及盾构机方位经过计算模拟以图形方式显示于液晶屏上。根据需要，可计算出投影路径并且将偏离的盾构机调回设计中心线的最佳路线显示出来，计算时需考虑一些参数如最小转弯半径或与预制衬砌管片几何图形有关的参数的影响。 （5）经纬仪上的远程棱镜进行定向经纬仪，能够测出自动联机检测经纬仪固定点移动造成的潜在误差。因为经纬仪通常安装在盾构机后面约25至300m 处刚开挖的可能不稳定的隧道壁上，所以经纬仪移动的可能性很高，盾构机导向系统通过定期测量远程棱镜检查经纬仪固定点的稳定性情况，一旦发生移动随即警示司机。其误差监测频率可根据需要进行调整。

盾构机各系统原理浅析

盾构机各系统原理浅析 本文针对分析海瑞克EPB土压平衡盾构机的各个系统及其工作原理，及整个盾构施工介绍。 海瑞克盾构机由西门子公司的S7-PLC自动控制系统控制，配备了机电一体化的液压驱动系统、同步注浆设备、泡沫设备、膨润土设备及SLS-T隧道激光导向设备，并可在地面监控室对盾构机的掘进进行实时监控。本文将就盾构机的工作原理、盾构机的组成、及各组成部分的功能结合实际施工情况做一简要阐述。 1盾构机的工作原理 1．1盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 1．2掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持

从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人 泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 1．3管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的最大直径为6．28m，总长65m，其中盾体长8．5m，后配套设备长56．5m，总重量约406t，总配置功率1 577kW，最大掘进扭矩5 300kN·m，最大推进力为36400 kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 2.1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6．25m。 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

日本演算工坊(ENZAN)自动导向系统概述

日本演算工坊（ENZAN）自动导向系统浅析 崔广宇 （中铁九局集团有限公司沈阳地铁项目部，沈阳110013 ） 摘要：结合沈阳地铁一号线第五标段两个盾构区间、沈阳地铁二号线第十六标一个区间隧道掘进的测量实践，对日本演算工坊（ENZAN）自动导向系统进行了研究，阐述了自动导向系统姿态定位测量的原理和方法，以及自动导向系统调试方法和换站步骤。 关键词：地铁；盾构；自动导向系统 1前言 随着科学技术的发展，激光导向技术已经广泛应用于隧道掘进施工中。其原理就是利用具有良好直线性光束的激光投射到盾构里，通过数据计算使盾构操作人员及时了解盾构的偏离、偏转情况，并随时纠正掘进方向，保证隧道施工的质量，提高隧道施工进度。 本文主要以沈阳地铁一号线重工街～启工街区间、启工街～保工街区间、沈阳地铁二号线下深沟～上深沟区间隧道掘进的测量项目为背景，阐述了演算工坊（ENZAN）自动导向系统定位测量的功能、原理、调试方法及换站步骤。 2自动导向系统的主要作用 盾构在掘进中由于地层阻力、刀盘掘削反力及推力千斤顶作用力不均等原因，使盾构偏离设计轴线。自动导向系统主要有以下作用： （1）可以通过隧道设计的几何元素计算出隧道的理论轴线。 （2）通过测倾仪器测量盾构的俯仰角和滚动角并予以显示。 （3）在显示器上实时以图形直观显示盾构轴线相对于隧道设计轴线的偏差，便于盾构操作人员根据偏差随时调整盾构掘进的姿态，使盾构轴线逼近隧道设计轴线。 （4）通过调制解调器和电话线与地面监控室电脑建立网络联系，将盾构掘进数据传输到监控室，便于工程管理人员实时监控盾构的掘进情况，查阅各环的掘进资料、测量资料及其他资料。 3演算工坊（ENZAN）自动导向系统的基本原理 演算工坊（ENZAN）自动导向系统通过全站仪测量设置在盾构中盾上方固定位置上的三个目标棱镜的绝对坐标（一般设置三个，其中一个备用），根据预先测定棱镜与盾构机切口和盾尾的相对位置关系以及盾构的俯仰角、滚动角推算出切口和盾尾的绝对坐标。然后将切口和盾尾的绝对坐标与设计轴线相比较得出盾构的偏离情况，即平面偏差和高程偏差。根据系统显示的轴线偏差和偏差趋势，以隧道设计轴线为目标，把偏差控制在设计要求范围内，从而达到通过控制盾构姿态来指导隧道掘进的目的。 盾构导向系统原理示意图

PLC控制系统在盾构机上的应用

PLC控制系统在盾构机上的应用 公司使用2台德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机，分别担负广州地铁三号线市-番区间左右隧道的掘进任务。它配备了机电一体化液压系统、同步注浆系统、泡沫发生系统、膨润土加注系统、密封主轴承自动润滑系统和SLS-T隧道激光自动控制系统，是当今隧道掘进设备中自动化程度较高的机械，由PLC进行控制。 1 PLC系统的组成 PLC系统有工控机、两台调制解调器、PLC运行及储存器、各类传感器等输入部分及各类电继电器等输出部分，见图1。SIMATIC Man-ager是S7-PLC自动控制程序的管理程序，安装在地面监控室的工控机（上位机）内，通过一台在监控室的调制解调器和一台安装在盾构机调制解调器相互译制，与盾构机的PLC串口相连，从而监控和控制PLC运行，同时上位机也起着掘进参数数据保存作用，方便操作人员使用和维护。 图1 控制系统组成图 PLC系统的软件主要有地面监控室电脑上的操作系统，SIMATIC Manager程序，Netpro 程序及监控程序PDV，以及安装在盾构机PLC上的控制程序。 2 PLC系统运行 根据设定的程序，在某些必要条件满足时，PLC才能进行下一步工作，否则，程序就不能往下运行，设备停止运行，同时会将错误信息显示在操作室的电脑上。我们按照显示的错误信息及代码去查找故障原因，即PLC是否正常输入、PLC是否正常输出、前后输入/输出设备是否正常、连接线路是否良好。这样分段分析、仔细排查，故障会很容易得到解决。 以盾构机中心回转体EP2润滑脂加注系统为例，说明S7-PLC自动控制程序在盾构机故障排除中的应用。在盾构机中，EP2润滑加注系统属于较复杂且很重要的部分，包含螺旋机密封、球轴承密封、中心回转体密封等部位的自动密封。本系统的正常运行与否不仅关系到盾构机能否顺利运行，同时对延长设备使用寿命起着很重要的作用。EP2加注系统是压缩空气通过由PLC控制的电磁阀为气动泵提供动能来源，输入气压和输出油脂压力的比值是1∶50，即1bar的气压能产生50bar的油脂压力。通常将压缩空气的压力调节为1.5～2.0bar，即油脂压力为75～100bar，足以克服油脂在管内的损耗，保证输送到盾构机上的

盾构机的方向控制

盾构轴线控制 轴线控制，即及时纠正盾构机推进中产生的轴线偏离，使推进轴线时时刻刻与计划路线保持一致。近年来各种自动测量系统和盾构千斤顶操作无人化的轴线控制系统大量问世。自动化、省力化已是当前的社会需求。将来这些新的系统必然得以有效的广泛地应用。不过这里需要说明的是，即使利用计算机自动化系统测量的场合下，管理者也必须很好地理解测量、轴线控制原理，以便对测量结果进行核校及对轴线修正的判断。 1 修正偏离的原则 盾构轴线控制的基本原则如下： ①偏离量增大之前及早修正； ②在场地条件受限不能修正，只能按现时轴线掘进的场合下，通常可提前10～20m控制偏离量。 ③遵循偏离量的管理值和允许值，确立偏离修正方针。 图1示出的是盾构轴线控制、偏离修正图。为了把施工时的实际偏离量控制在规定的允许偏离量以内，首先应确定偏离量的管理值(允许值的50％～80％为目标)，并在该目标范围内修正偏离进行推进管理。 必须确立连续修正偏离的意识，但是，如果不明确修正到什么时候，什么程度的方针，则会像图1示出的那样出现反复偏离。 图20.4.1 盾构偏移修正图 如果在已经发生偏离的场合下修正盾构轴线，则因超挖和盾构外周面摩擦的增大周围地层将发生扰动，致使沉降。从防止沉降的观点出发，希望减小偏离量。 在轴线控制时，必须先掌握盾构现在在推进轴线上的偏离量，其次按可以把偏离量拉回到管理值以内的原则设定轴线修正量，即使超过管理值也可以考虑先修正几米的原则进行轴线控制。 2 盾构轴线控制 2．1 决定轴线修正量 在决定盾构轴线修正量时，应进行盾构位置、轴线变化的模拟，必须明确偏离修正的方针。设盾构推进微小距离△L 时，对应的轴线变化角为θ，则对应计划线形的偏离量的变化为δ，由图2可知，δ可按下式计算： δ=δ1+δ2 (1) δ1=(δh0一δt0)·△L／L (2) δ2=δp+L1·sinθ(3) δp=R·(1一cosθ) (4) =ΔL·(1一cosθ)／{2·sin(θ／2)} 式中：δ1——偏离计划轴线差的变位量； δ2——轴线修正的变位量； δh0——掘削面现时偏离量； δt0——盾尾现时的偏离量； δp——盾构旋转位置的变位量。

W.E.ST比例放大模块在盾构机自动控制系统中的应用

W.E.ST比例放大模块在盾构机自动控制系统中的应用 摘要：盾构技术是目前世界上用于隧道施工的最先进的技术之一，它主要适用于环境复杂的城市地铁施工。本文以海瑞克盾构机为例，对W.E.ST比例放大模块在盾构机自动控制系统中的应用进行了详细的探讨。 关键词：W.E.ST比例；放大模块；自动控制系统；应用 引言:海瑞克盾构机是目前国内广泛采用的盾构施工机型，其PLC采用的是西门子的S7-400系列PLC及附属设备，以实现盾构掘进控制和数据采集分析。S7—400PLC为模块化结构，除必配的几种模块外，可以根据实际需要选配其它的模块主要有以下几种模块：中央处理单元(CPU)模块、信号模块(SM)、通讯处理器(CP)、功能模块(FM)、接口模块(IM)等。此外根据现场实际需要，还可以实现与其他设备元件的通讯和控制，比如变频器、传感器、压力开关等。W.E.ST 比例放大模块就是用来实现模拟量输出控制驱动单元的一种集成模块。 1.海瑞克盾构机放大模块概述 虽然PLC本身带有模拟量输出（AO），但是只能局限于0-10V电压或4-20mA 电流。由于在液压回路里面比例电磁阀需要的电流比较大，PLC直接输出的电流无法驱动相关的比例电磁阀，于是在电气控制回路应用了比例放大模块。海瑞克盾构机上使用的放大模块为德国的w.e.st公司的PAM-195和PAM-196放大卡，主要有以下特点： ①双通道独立控制 ②数字量调整 ④错误监控和扩展功能检查 ⑤使用WPC-300软件通过RS232C接口进行调试 海瑞克盾构机应用的PAM-196比例放大模块主要应用在推进系统、注浆系统中对液压比例电磁阀的线性驱动，并且能够实时监控功能实现条件，比如推进系统中控制泵头流量比例阀的15-10N4，只有15通道满足输入条件的前提下，放大卡才会工作，而不是让电磁阀始终带电，这样就避免了液压油在泵体内无谓的溢流。后面会对该系统做进一步的分析。 海瑞克盾构机采用W.E.ST放大模块，还有一个最便捷的功能，就是可以通过一根数据线连接到安装了WPC-300软件的工业电脑，即可实现对各项参数的修改和调试。通讯电缆通过连接电脑的RS232串行插口和放大卡3.5mm通讯接口，采用3000Hz或4000Hz的PPWM宽频脉冲信号实现即时通讯。在软件界面列表中，可以对各项参数进行修改和调试。

浅谈盾构和TBM的导向系统

目前国内外使用的盾构和ＴＢＭ安装有自动导向系统，该系统具有施工数据采集、管理、实时传递以及姿态管理等功能，能自动精确测定盾构和ＴＢＭ的三维空间位置，给出其偏离设计中线的所有必要的导向信息。 运用导向系统连续不断地提供关于盾构和ＴＢＭ立体方位的最新信息，准确控制盾构和ＴＢＭ沿着设计的隧洞轴线方向掘进，将盾构和ＴＢＭ控制在设计隧道线路允许公差范围内，实现信息化施工。盾构和ＴＢＭ的操作司机需要实时掌握其掘进方向，确认是否与隧道设计轴线方向一致，以便通过适当的控制、及时地进行纠偏，防止方向错误。 1　几种常见的导向系统 我国目前使用的盾构主要有德国海瑞克、日本小松、法国ＮＦＭ、加拿大ＬＯＶＡＴ等，ＴＢＭ主要是美国罗宾斯、德国维尔特及海瑞克。近几年，国产盾构越来越多地得到使用，如上海隧道股份、中国中铁等品牌。在这些盾构和ＴＢＭ上使用的导向系统主要有：海瑞克公司盾构、ＴＢＭ使用的ＳＬＳ－Ｔ　ＡＰＤ系统，ＬＯＶＡＴ盾构使用的ＴＡＣＳ系统，小松盾构使用的ＲＯＢＯＴＥＣ测量系统，ＮＦＭ盾构、罗宾斯ＴＢＭ和盾构使用的ＰＰＳ系统，中国中铁盾构使用的ＺＥＤ系统等。 1.1　PPS 导向系统 法国ＮＦＭ盾构和罗宾斯ＴＢＭ常用ＰＰＳ导向系统。图１是ＰＰＳ导向系统的基本组成。ＰＰＳ倾斜仪以及电动棱镜安装在机头架上，这些设备均采用密封和防震设计，具有良好的系统防水、防潮、防雾、防尘、防震性能。该系统可以实时显示隧道掘进机的方位、姿态，导向系统全站仪的精度等级一般为２ｓ，有效距离达３００ｍ～５００ｍ，系统响应时间小于１ｓ，通过设定的位置偏离值，进行位置偏离报警。 1.2　TACS 导向系统 ＬＯＶＡＴ盾构采用的ＴＡＣＳ导向系统是基于视频跟踪的全自动激光系统，为使用者提供有关盾构和隧道设计轴线的详细偏差信息，便于及时纠正盾构的姿态，精度２ｓ。见图２。 浅谈盾构和ＴＢＭ的导向系统 Talk about guide system of shield and TBM 康宝生／ KANG Bao-sheng （中铁隧道集团有限公司专用　设备中心，河南　洛阳　４７１００９） 介绍了目前我国城市地铁、铁路和水工隧道施工中比较常见的几种盾构和ＴＢＭ的导向系统。通过 对导向系统的基本组成、功能和影响导向系统精度的因素以及需要注意的问题进行分析，提出选用盾构和ＴＢＭ导向系统需要考虑的因素，具有一定的借鉴作用。 隧道掘进机；盾构；导向系统；组成；功能 ［摘　要］［关键词］图1　PPS 导向系统的基本组成 １－自动瞄准全站仪；２－工业用ＰＣ；３－净空测量（可选件）；４－千斤顶数据传输；５－纵向横向倾斜仪；６－自动遮挡和打开的棱镜；７－数据传输；８－办公用ＰＣ（可选件）； ９－后视棱镜；１０－无线链路

初步了解盾构机

盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 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6．25m。 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。 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6．28m，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。

盾构导向系统

SLS-T APD Tunnel Guidance System System Features The SLS-T APD is a field proven guidance system incorporating the essential functions perfectly without extensive elaborate cabling or components laser station prism tunnel tunnelling machine ELS target ?Inform the operator in a clear concise manner the position of the tunnel boring machine in both numerical and graphical forms ? Provide a constant display of the position and orientation of the machine to enable accurate steering to be carried out ?Show the steering tendency of the machine to aid in future steering ?Save all drive related values in the system database for future analysis ?Software controlled Motorized Laser Theodolite for system reference ?Continuous tracking of the active target unit ?DTA creation from basic geometric elements ?Permanent display of the drive direction ?Easy handling of the system software ?Dialogue aided laser station advance procedure ?Ring sequencing module (optional)? Tail-skin clearance measurement system (optional) Display of TBM Position Display of Machine Tendencies Display of Ring Position

盾构机电气控制系统设计研究

盾构机电气控制系统设计研究摘要：随着经济的快速发展和社会需求的不断增大，盾构机作为一种高效掘进机械，是工程中不可或缺的一种设备，它集中了液压、导向、土木、电气、机械、控制等科学技术，在工程施工中，广泛的应用于地铁的建设，盾构机发挥的作用越来越突出，所占的比例也在不断的增大，它越来越受到人们的关注。伴随着我国城市化建设进程的不断加快，就需要对盾构机的结构以及其工作原理进行不断的深入了解和分析。本文就土压式盾构机电气系统的组成与分类、结构、特点、要求、工作原理、PLC控制系统以及数据采集等进行了研究和探讨，希望能供业内人士参考借鉴。 关键词：盾构机；电气系统；控制原理；结构形式；电气控制系统 一、盾构机的组成与分类 盾构机的组成主要包括护盾、辅助机构、挖掘机构以及衬砌机构等，辅助机械一般情况下由导向测量、注浆装置以及控制装置等构成。另外，盾构的形式多种多样，可以按盾构的构造、断面形状以及开挖形式进行分类。其中，根据盾构前部构造的不同，可分为密封形、部分开口形、全部开口形三种。根据盾构断面形状的不同，可将盾构分为矩形、圆形、马蹄形及拱形四种；根据盾构开挖方式的不同，可分为机械化挖掘式、手工挖掘式以及半机械化挖掘式三种；就目前情况而言，应用的最多的盾构断面形式是圆形，圆形机械的盾构施工法主要有切削轮式、气压式、泥水加压式和土压平衡式。 二、盾构机的电气系统 盾构机的电气系统主要包括两个系统，分别为自动控制系统和配电系统。其中，配电系统还可以分为低压系统以及高压系统。它的设备主要有变压器、主要动力设备、高压电柜、电气控制器件以及补偿电容器等组成。 2.1 低压供电系统 针对盾构机的低压系统，需要从其存在的不同形式进行分析，例如低压控制形式、配电保护形式、低压配电形式。多线保护接零是NFM盾构机低压配电系统经常选用的方式。盾构机的低压配电保护形式经常适用于比较狭窄、潮湿的环境中。NFM 盾构机利用每个设备均跟地线连接的方式，来避免漏电造成的伤害和损失。 2.2 高压供电系统

自动导向系统使用说明

目录 1、介绍 2、总体介绍 2.1特征介绍 2.2 SLS-T 怎样工作 2.2.1 基础 2.2.2 掘进前的TBM定位 2.2.3 掘进中的TBM定位 2.2.4 环片定位 2.2.5 环片顺序计算和TBM驱动 2.2.6 掘进数据文本格式 2.2.7 数据传输到办公室平面 2.2.8 激光板的移动 2.2.9 TBM的控制测量 2.2.10 盾构掘进软件 3、系统内容 3.1 硬件内容 3.1.1 经纬仪 3.1.2 激光器 3.1.3 ELS 3.1.4 个人电脑 3.1.5 黄色盒子 3.1.6 盾构掘进软件 3.1.7 调制解调器 3.1.8 PLC 3.1.9 自动尾壳清洗测量 3.2 缩写 4、设备介绍 4.1 装备

4.2 观测台 4.3 ELS 目标 4.3.1 尺寸数据 4.3.2 ELS目标的技术说明 4.3.3 ELS目标的技术说明 4.4 莱卡TCA1103plus 4.4.1 TCA1103plus的技术指标 4.4.2 TCA1103plus的精度 4.4.3 ATR模式的技术数据和操作 4.4.4 防湿保护的技术指标 4.5 莱卡GUS74 4.5.1 GUS74激光器位置的TCA1103plus校正4.6 控制盒 4.7 黄色盒 4.8 棱镜 4.9 电缆 4.9.1 电缆架 4.10 电脑 4.10.1 设备介绍 4.10.2 工业电脑和显示器尺寸 4.10.3 Beltronic 19MiniX 工业电脑 5、系统软件和操作系统 5.1 总说明 5.2 系统目录的结构和内容 5.3 SLS-T，目录和文件 5.4 TPS，GEOCOM说明 5.5 ELS 显示器说明 5.6 窗体使用 6、软件

盾构机激光导向系统原理

摘要:以德国VMT公司的单圆盾构机为例，介绍盾构机和激光导向系统的组成，探讨激光导向系统的工作原理。重点揭示激光导向系统的测绘学原理。总结提高激光导向系统测量精度应采取的措施。 关键词:隧道施工;盾构机;地铁;控制测量;导向系统;姿态解算;修正曲线 0引言： 20世纪70年代以来，盾构掘进机施工技术有了新的飞跃。伴随着激光、计算机以及自动控制等技术的发展成熟，激光导向系统在盾构机中逐渐得到成功运用、发展和完善。激光导向系统，使得盾构法施工极大地提高了准确性、可靠性和自动化程度，从而被广泛应用于铁路、公路、市政、油气等专业领域。 全面理解激光导向系统的原理，有助于工程技术人员在地铁的盾构施工中及时发现问题，解决问题，保证隧道的正确掘进和最后贯通;有助于国产盾构机研制工作的开展。 1盾构机和激光导向系统的组成 1.1盾构机的组成 盾构机按推力方式可分为网格式、压气式、插板式以及土压式和水压式;按形状划分，除典型的矩形、单圆筒形外，近年来又出现了双圆、三圆及多圆等异构形。它们的组成有一定差异。其中，土压式单圆盾构机在我国应用比较普遍。它主要由盾体(含刀盘等)、管片拼装机、排土机构、后配套设备、电气设备、数据采集系统、SLS-T激光导向系统及其他辅助设备组成。 1.2激光导向系统的组成 激光导向系统是综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机技术以及机械电子等技术指导盾构隧道施工的有机体系。其组成(见图1：激光全站仪(激光发射源和角度、距离及坐标量测设备)和黄盒子(信号传输和供电装置);激光接收靶(ELSTarget，内置光栅和两把竖向测角仪)、棱镜(ELSPrism)和定向点(ReferenceTarget);盾构机主控室(TBMControlCabin)：由程控计算机(预装隧道掘进软件，具有显示和操作面板)、控制盒、网络传输Modem和可编程逻辑控制器(PLC)四部分组成;油缸杆伸长量测量(ExtensionMeasurement)装置等。其中，隧道掘进软件是盾构机激光导向系统的核心。 2激光导向系统和盾构机控制测量在盾构施工中的地位和作用