盾构机构造及工作原理简介(三)

盾构机构造及工作原理简介(三)

五、盾构机的辅控系统及工作原理

盾构机的功能单元及其相应的控制系统大体上可分为主控部分和辅控部分。目前我司已经可以独立承接盾构机上所有辅控系统的生产和调试工作，正在积极努力介入主控系统中。前文中提及的刀盘驱动系统、推进系统、排土系统以及管片拼装系统均属于盾构机的主控部分。那么盾构机又有哪些重要的辅控系统及相关设备呢？

1.盾尾刷和同步注浆系统

盾尾密封油脂泵在盾构机掘进时将盾尾密封油脂和砂浆通过管路压送到盾尾密封钢丝刷与管片之间形成的腔室中，从而填补管片间的缝隙，防止地面沉陷，同时防止地下水和泥沙进入隧道中。

盾尾刷

同步注浆系统示意图

2.土体改良系统

土体改良系统：对于在不同种类且高渗水性的土壤中（砂层、砾石等）中开挖时，需要进行土体改良来保证土压平衡操作模式能够顺利进行（易于形成结块从而保持螺旋输送机内的水压）。对于泥水平衡式盾构来说，为保证注入工作仓的泥水可以与盾构机前端的水土压力抗衡，其必须以下特性：高的可塑性；具有流动性，密度低；低的内摩擦；低的渗水性。而一般的泥土不经处理是不具有以上特性的，因此泥水平衡式盾构注入的泥水全部是由膨润土调节而成。膨润土往往被称为盾构的血液，可见其重要性。

泡沫是另一种调节介质，适合于靠土压支持的盾构在掘进过程中泥土粘性非常高的意外情况。经泡沫调节后的土壤有以下特点和好处：使支持压力传递到隧道开挖面、流动性好、渗水性能低、良好的弹性、降低对盾构机的附着性、减少对盾构机的磨损、减少驱动功率。泡沫是在泡沫发生器内用空气对液体进行搅拌混合而获得的。空气和液体的剂量是通过 PLC 和流量计来计量的。是否进行调整主要是根据掘进速度、支持压力和所给的配方来决定。泡沫发生系统有三种操作模式：手动、半自动和全自动。通过控制可控制球阀，盾构机操作手通过操作控制台元件向有关注入点将泡沫注入到刀盘前端、土仓和螺旋输送机内。

渣土经发泡处理前后对比

为试验复杂多变的地质环境，膨润土及泡沫在盾构机的土体改良系统中往往是并存互补的。

泡沫注入试验

3.润滑油脂系统

盾构机掘进时，润滑油脂系统将润滑油脂送到主驱动齿轮箱、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。

4.通风系统

新鲜的空气是由一条空气管来输送。抽风管从拖车一直延伸到整个后配套系统。它将盾体及液压系统中的废气撤出，此管路中含有消音通风机。通风机及管路保证了隧道中有持续的新鲜空气提供。空气通过压缩后还用来驱动盾尾油脂泵和润滑油脂泵，用来给人行闸、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。

5.水循环系统

在隧道中铺设盾构机的进、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。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。

6.气体保护系统

盾构机在掘进中有可能会遭遇瓦斯泄露、一氧化碳超标、氧气不足等种种危险，该系统通过测量气体中的氧气和有害气体的含量，适时进行报警，保证工作人员的人身安全。

7.冷却系统

盾构机具有一个封闭的回路用以冷却设备上的电气及液压设备。

8.数据采集系统

采集、处理、存储、显示和评估与掘进机联网所获得的数据。比如压力、水位、温度、电气参数等，通过分析这些数据作为盾构机控制系统的控制依据。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.隧道导向系统

该系统可以提供盾构机高精度地沿着设计路线掘进所需的必要信息。为了进行文件处理，测量到的盾构机姿态和管片数据可以在任何时候保存、显示或打印出来。

隧道导向系统可以随时在电脑显示屏上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。每当推进一环结束后，隧道导向系统从盾构机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。

10.控制系统

控制系统用以控制盾构机的主要功能，所有系统都有失效保护，包括在错误情况下的错误操作引起的电路自锁及断路保护。所有的主要设备均设置有预先报警系统及远程的控制功能。其关键部件的硬件安全措施是与总控系统（PLC）分设的。这部分属于我司电控事业部的内容，本文就不多作描述了。

11.台车

台车是盾构机盾体后挂的配套拖车，盾构机上所有的设备都置于台车上。

配电技术部王蔚 2012-11-20