土壓平衡盾構(gòu)機(jī)輔助系統(tǒng)原理

1、某土壓平衡盾構(gòu)機(jī)輔助系統(tǒng)原理盾構(gòu)是一種集機(jī)、電、液、氣、光等技術(shù)為一體的大型隧道施工工程機(jī)械,擁有復(fù)雜的配套裝置，其中輔助系統(tǒng)在盾構(gòu)正常工作中起著非常重要的作用，使得盾構(gòu)能夠穩(wěn)定、高效的掘進(jìn)作業(yè)。輔助系統(tǒng)主要包括水循環(huán)系統(tǒng)；壓縮空氣系統(tǒng)；集中潤(rùn)滑系統(tǒng)；HBW密封系統(tǒng)；盾尾油脂密封系統(tǒng)；主驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)；泡沫系統(tǒng)和膨潤(rùn)土系統(tǒng)；保壓系統(tǒng)等，以下將分別作簡(jiǎn)要介紹。一、 水循環(huán)系統(tǒng)水循環(huán)系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)和外循環(huán)水系統(tǒng)的的統(tǒng)稱。鋪設(shè)在隧道中的兩條水管作為盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)、回水管，將豎井地面的蓄水池與水管卷筒上的水管連接起來(lái)，與蓄水池連接的一臺(tái)高壓水泵驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)機(jī)用水在蓄水池和盾構(gòu)機(jī)之間循環(huán)，蓄水池中的水用

2、冷卻塔進(jìn)行循環(huán)冷卻。土壓平衡式盾構(gòu)的冷卻系統(tǒng)主要包括以下幾部分：盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)冷卻; 主驅(qū)動(dòng)、大軸承系統(tǒng)的冷卻; 電變頻器等系統(tǒng)冷卻系統(tǒng); 盾構(gòu)中部分冷卻系統(tǒng)是為滿足施工環(huán)境溫度不高于30 °而設(shè)置，施工單位可選擇性配置。1.作用水循環(huán)系統(tǒng)主要用于帶走盾構(gòu)機(jī)各個(gè)系統(tǒng)正常工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，保證各系統(tǒng)在正常的溫度范圍內(nèi)工作；并給盾構(gòu)機(jī)工作時(shí)土倉(cāng)加水和泡沫、沖洗盾構(gòu)機(jī)機(jī)身、隧道內(nèi)消防、打掃隧道內(nèi)衛(wèi)生等提供水源。2.原理圖3關(guān)鍵部件 內(nèi)外循環(huán)水冷卻 液壓油冷卻 增壓水泵 污水泵 齒輪油冷卻4、操作流程a) 參照原理圖，確認(rèn)所有工作管路球閥打開，預(yù)留球閥關(guān)閉； b) 啟動(dòng)外循環(huán)水泵； c) 啟

3、動(dòng)內(nèi)循環(huán)水泵；從電機(jī)尾端觀察，葉片順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)； d) 當(dāng)土倉(cāng)泡沫注入量不夠，渣土較干時(shí)，可啟動(dòng)增壓水泵往土倉(cāng)注水；從電機(jī)尾端觀察，葉片順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)； e) 可從預(yù)留口接出水管，以清洗隧道管片、臺(tái)車。 5、注意事項(xiàng)a) 外循環(huán)水池必須保持干凈，以保證外循環(huán)水的清潔； b) 外循環(huán)水過(guò)濾器進(jìn)口前壓力達(dá)到10bar時(shí)，應(yīng)停機(jī)更換濾網(wǎng)，清洗金屬濾芯； c) 內(nèi)循環(huán)用水應(yīng)嚴(yán)格控制清潔度，用量1m3左右； d) 北方施工，如遇天冷情況，應(yīng)往內(nèi)循環(huán)按配比加注一定量的防凍液，以免凍壞相關(guān)元器件； e) 如果隧道較長(zhǎng)，掘進(jìn)一段距離后，由于外循環(huán)水泵揚(yáng)程有限，需在掘進(jìn)途中增設(shè)水泵，以保證盾構(gòu)進(jìn)水壓力達(dá)至3-5bar

4、；排污泵亦需增設(shè)中繼泵，保證污水順利排出洞外； f) 管路延長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)保證外循環(huán)進(jìn)水管、回水管對(duì)接的正確性； g）停機(jī)檢修時(shí)，應(yīng)拍下急停按鈕，待修復(fù)正常后，將急停復(fù)位。6.有關(guān)主驅(qū)動(dòng)密封、大軸承系統(tǒng)的冷卻此系統(tǒng)在不同盾構(gòu)中應(yīng)用方法不一:a) 對(duì)主驅(qū)動(dòng)密封處加以水套，對(duì)其供給流動(dòng)水體，進(jìn)而起到降溫冷卻作用。（此方法一般用于無(wú)稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)盾構(gòu)中）b) 采用于大軸承齒輪嚙合稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)中，對(duì)油浴池內(nèi)油體進(jìn)行循環(huán)冷卻降溫，保證大軸承及集中潤(rùn)滑密封部位溫度不會(huì)過(guò)高。二、泡沫系統(tǒng)和膨潤(rùn)土系統(tǒng)早期土壓平衡盾構(gòu)機(jī)適宜開挖的土壤范圍較窄，開挖土層環(huán)境惡劣，含砂量較高時(shí)，土體與土艙面板的摩擦力較大，造成刀盤扭矩增大

5、，刀具磨損較嚴(yán)重，螺旋輸送機(jī)排土困難,扭矩大；同時(shí)因施工土體自立性差，造成開挖面土艙壓力波動(dòng)大，較難建立平衡，開挖面穩(wěn)定性差，容易造成坍塌；施工土體粘性大土體較多時(shí)，土體流塑性差，容易粘附于刀盤和土艙壁，產(chǎn)生堵艙現(xiàn)象，形成泥餅；施工選址在經(jīng)過(guò)開挖湖泊，或腹水豐富地層時(shí)，因土壤止水型差，經(jīng)常出現(xiàn)涌艙現(xiàn)象。所以盾構(gòu)引入了泡沫系統(tǒng)和膨潤(rùn)土系統(tǒng)。1.加注泡沫和膨潤(rùn)土的作用 a) 潤(rùn)滑作用，氣泡包圍土體，減小土體與土倉(cāng)面板的摩擦力，降低刀盤扭矩。b) 穩(wěn)定土艙壓力。因泡沫中的氣泡具有可壓縮性，能減 少土艙壓力的波動(dòng)性。c) 改善土體流塑性，可降低或增大土體粘性，增加土體流動(dòng)性。d) 阻水性，因氣泡填充了

6、土體顆粒間隙，使其滲透性減小，止水性增強(qiáng)。使用泡沫和膨潤(rùn)土后，土壓平衡式盾構(gòu)對(duì)土質(zhì)的適應(yīng)范圍得以擴(kuò)大，其設(shè)備造價(jià)降低、控制操作容易、使用場(chǎng)地減小、棄土處理方便等優(yōu)點(diǎn)有了更大的發(fā)揮余地。2.原理簡(jiǎn)圖3.關(guān)鍵部件泡沫泵泡沫系統(tǒng)安裝在橋架左側(cè)平臺(tái)4.有關(guān)泡沫混合液，膨脹率，注入率泡沫混合液，膨脹率，注入率是泡沫使用的3個(gè)主要參數(shù)：a）膨脹率E=泡沫量/混合液量，0-25之間，一般取8-15；b）注入率I=泡沫注入量/開挖土方量，一般取5%-65%；c）所需混合液流量為： Ql=AVI/E， A-開挖面積，V-推進(jìn)速度，d）壓縮空氣流量為：Qa=（E-1）Ql(P+1) ,P空氣支持壓力(相對(duì)壓力)，

7、一般取0.3Mpa 5.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 開啟泡沫存儲(chǔ)罐前方氣動(dòng)球閥，啟動(dòng)泡沫原液泵，按預(yù)定配比往泡沫罐生成泡沫混合液；從泡沫泵電機(jī)尾端觀察，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)； c) 開啟氣調(diào)節(jié)器，控制氣體流量，于泡沫發(fā)生器內(nèi)生成泡沫； d) 根據(jù)施工具體條件，合理選取全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種模式。泡沫加注示意圖6.注意事項(xiàng)a) 開機(jī)前注意檢查泵上的減速機(jī)內(nèi)有無(wú)加潤(rùn)滑油。 b) 開機(jī)前將進(jìn)氣壓力調(diào)至5bar。 c) 開膨潤(rùn)土泵前，必須先將與泡沫系統(tǒng)管路連接的球閥打開。 d) 對(duì)刀盤面板上泡沫路數(shù)進(jìn)行標(biāo)記，以達(dá)到泡沫注入路線的準(zhǔn)確控制； e)

8、 根據(jù)地質(zhì)控制泡沫注入量，以改善渣土的和易性，防止刀盤結(jié)泥餅。 三、同步注漿系統(tǒng)盾構(gòu)施工中，隨著盾構(gòu)的向前推進(jìn)，因盾構(gòu)盾尾外徑與管片外徑之間的差值將會(huì)在管片背后產(chǎn)生空隙（盾尾建筑空隙）。這一空隙若不及時(shí)充填則管片周圍的土體將會(huì)松動(dòng)甚至發(fā)生坍塌，從而導(dǎo)致地表沉降等不良后果。為此必須采用注漿手段及時(shí)將盾尾建筑空隙加以充填。同時(shí)，背襯注漿還可提高隧道的止水性能，使管片所受外力能均勻分布，確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性。 1. 注漿的作用a) 防止盾尾空隙坍塌、土體松散和地表沉降b) 盡快穩(wěn)定管片環(huán)的形狀c) 防止隧道出現(xiàn)蛇形、擺動(dòng)d) 抑制管片漏水鑒于注漿工作的特殊重要性，注漿工作的系統(tǒng)十分重要。砂漿在自

9、備設(shè)備的制漿站生產(chǎn)完畢，通過(guò)編組列車上的運(yùn)輸罐車的貯漿罐車運(yùn)至工作面，再將漿液輸入盾構(gòu)機(jī)配備的帶有攪拌器的貯漿罐中。跟隨盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)，由兩臺(tái)注漿泵經(jīng)外部注漿管路使?jié){液通過(guò)盾構(gòu)機(jī)尾部的暗置注漿管注入管片襯砌背后，達(dá)到填充盾尾空隙的目的。2.原理簡(jiǎn)圖2. 關(guān)鍵部件注漿泵注漿泵四 壓縮空氣系統(tǒng)土壓平衡式盾構(gòu)供氣系統(tǒng)主要包括：1) 泡沫、泥漿系統(tǒng)中發(fā)泡系統(tǒng)用氣2) 人閘艙2級(jí)增壓系統(tǒng)用氣3) 土倉(cāng)建壓，穩(wěn)定開挖面，維護(hù)、維修時(shí)用氣4) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)中程控氣閥用氣5) 盾尾密封氣囊保護(hù)系統(tǒng)用氣6) 盾尾注脂泵驅(qū)動(dòng)設(shè)備用氣。1.作用a) 為保壓系統(tǒng)供氣，以保證人艙壓力的穩(wěn)定； b) 為EP2、HBW

10、、盾尾密封油脂泵、污水泵、氣動(dòng)球閥提供動(dòng)力源； c) 對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行攪拌，以防其凝固； d) 攪拌水罐內(nèi)添加劑，以防凝固； e) 為泡沫系統(tǒng)供氣，以產(chǎn)生泡沫，改善渣土性能； f) 為鉸接密封緊急氣囊供氣，以防砂漿、切削水土等倒灌； g) 預(yù)留用氣。2.各個(gè)系統(tǒng)所需氣體的區(qū)別 a) 注脂泵驅(qū)動(dòng)用氣，氣動(dòng)球閥用氣，盾尾氣囊用氣等，均為工業(yè)用氣，要求保障一定的壓力和流量。同時(shí)要通過(guò)分水濾氣器，壓力控制閥，油霧器等設(shè)備的調(diào)定。b) 人行閘，土倉(cāng)平衡供氣系統(tǒng)，則為壓縮空氣，經(jīng)初步濾水，濾油等處理后儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣罐內(nèi)。同時(shí)在氣罐出口，安裝可供人呼吸使用的高級(jí)濾芯二次凈化空氣后供給到使用處。中途只進(jìn)行調(diào)壓處理。c

11、) 發(fā)泡系統(tǒng)可提供工業(yè)用氣，中途只進(jìn)行濾水，調(diào)壓，調(diào)流量處理。3.原理簡(jiǎn)圖3. 關(guān)鍵部件空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐過(guò)濾器4.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)水泵，以保證空壓機(jī)冷卻供水； c) 啟動(dòng)任意一臺(tái)空壓機(jī)，如有特殊需要，可以同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)空壓機(jī)；空壓機(jī)出口壓力為6.5-8bar； d) 所有氣動(dòng)三聯(lián)件供氣壓力調(diào)至3-5bar，如需提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，可順時(shí)針調(diào)節(jié)旋鈕，增加供氣壓力，反之降低； e) 可從預(yù)留口引出氣，以供隧道使用； 5.注意事項(xiàng)a) 每次空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，要打開儲(chǔ)氣罐底部球閥，將儲(chǔ)氣罐內(nèi)底部積水排出，打開頻率為4次/天； b) 掘進(jìn)時(shí)

12、，2臺(tái)空壓機(jī)交替使用，建議白班用1#空壓機(jī)，晚班用2#空壓機(jī)，以同時(shí)達(dá)到空壓機(jī)保養(yǎng)時(shí)間，避免浪費(fèi)； c) 空壓機(jī)第一次使用時(shí)間為500h，二次保養(yǎng)后，使用時(shí)間為2500h； d) 氣動(dòng)三聯(lián)件內(nèi)應(yīng)保持一定量的潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油選用液壓油即可，油位在2/3左右； e) 停機(jī)檢修時(shí)，應(yīng)拍下急停按鈕，待修復(fù)正常后，將急停復(fù)位。6.不同用氣系統(tǒng)的區(qū)別a) 注脂泵驅(qū)動(dòng)用氣，氣動(dòng)球閥用氣，盾尾氣囊用氣等，均為工業(yè)用氣，要求保障一定的壓力和流量。同時(shí)要通過(guò)分水濾氣器，壓力控制閥，油霧器等設(shè)備的調(diào)定。b) 人行閘，土倉(cāng)平衡供氣系統(tǒng)，則為壓縮空氣，經(jīng)初步濾水，濾油等處理后儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣罐內(nèi)。同時(shí)在氣罐出口，安裝可供人呼吸

13、使用的高級(jí)濾芯二次凈化空氣后供給到使用處。中途只進(jìn)行調(diào)壓處理。c) 發(fā)泡系統(tǒng)可提供工業(yè)用氣，中途只進(jìn)行濾水，調(diào)壓，調(diào)流量處理。 五 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)刀盤驅(qū)動(dòng)密封由一道機(jī)械式迷宮密封、一道唇型密封（四唇型）三道MY型密封組成。集中潤(rùn)滑系統(tǒng)采用自動(dòng)連續(xù)給脂式，用泵經(jīng)過(guò)分配器連續(xù)的向刀盤驅(qū)動(dòng)密封之間加注潤(rùn)滑脂，加油脂采用壓力和時(shí)間控制，壓力優(yōu)先原則。在螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)密封處，中心回轉(zhuǎn)接頭處，砂漿罐等部分也充填具有一定壓力的EPO潤(rùn)滑油脂。集中潤(rùn)滑系統(tǒng)在給油脂回路中設(shè)置了發(fā)生異常時(shí)刀盤旋轉(zhuǎn)停止的報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)均配有時(shí)間繼電器和循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器或PLC可編成控制器進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。單排主密封的水密性最高可達(dá)1Mpa

14、,本系統(tǒng)不僅可以起到密封作用，而且還潤(rùn)滑刀盤主密封的摩擦表面，防止水和泥砂進(jìn)入軸承腔。1.原理簡(jiǎn)圖集中潤(rùn)滑大軸承密封部分簡(jiǎn)圖2.關(guān)鍵部件氣動(dòng)油脂泵電動(dòng)油脂泵（多頭泵）3.作用a) 潤(rùn)滑、密封主驅(qū)動(dòng)軸承； b) 潤(rùn)滑螺旋輸送機(jī)軸承； c) 潤(rùn)滑鉸接密封。 4.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)水泵，確保其正常工作； c) 啟動(dòng)空壓機(jī)、確保其正常工作； d) 啟動(dòng)多頭泵電機(jī)；從電機(jī)尾端觀察，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針； e) 確認(rèn)各油脂分配器工作次數(shù)是否滿足使用要求，即：主驅(qū)動(dòng)外密封最少為13次/分、主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封最少為10次/分、螺旋最少為4次/分

15、、鉸接密封最少為1次/分。 4. 注意事項(xiàng)a) 更換油脂桶時(shí)，必須保證油脂桶外形完整，防止變形難以更換； b) 保證更換油脂的清潔，不可將異物帶入到系統(tǒng)中； c) 油脂需使用我司規(guī)定的型號(hào)，若更換型號(hào)，需由我方技術(shù)人員確認(rèn)； d) 保證多頭泵電機(jī)的工作環(huán)境清潔，以防止電機(jī)過(guò)早損壞； e) 定時(shí)、定量完成手動(dòng)注入油脂； 六 HBW密封系統(tǒng)1.原理簡(jiǎn)圖2.關(guān)鍵部件氣動(dòng)油脂泵氣動(dòng)球閥3.作用a) 密封主驅(qū)動(dòng)軸承，為主驅(qū)動(dòng)提供最外層的保護(hù)，以防土倉(cāng)中水、砂土等進(jìn)入到主驅(qū)動(dòng)造成損壞； b) 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)采用自動(dòng)間斷給脂式，用泵經(jīng)過(guò)分配器間斷的向刀盤驅(qū)動(dòng)密封之間加注潤(rùn)滑脂，加油脂采用計(jì)量控制。4.操作流程

16、a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)水泵，確保其正常工作； c) 啟動(dòng)空壓機(jī)、確保其正常工作； d) 保證同步馬達(dá)前氣動(dòng)球閥打開； e) 調(diào)節(jié)氣動(dòng)泵供氣壓力，保證同步馬達(dá)每個(gè)出口至少為20ml/min。 5注意事項(xiàng)a) 更換油脂桶時(shí)，必須保證油脂桶外形完整，防止變形難以更換； b) 保證更換油脂的清潔，不可將異物帶入到系統(tǒng)中； c) 油脂需使用我司要求的型號(hào)，若更換型號(hào)，需由我方技術(shù)人員確認(rèn)。七 盾尾油脂密封系統(tǒng)1.原理簡(jiǎn)圖2.關(guān)鍵部件 氣動(dòng)球閥氣動(dòng)油脂泵3.作用a) 盾尾油脂注入系統(tǒng)通過(guò)PLC程序控制，壓力傳感器檢測(cè)壓力，氣動(dòng)球閥控制高壓管路來(lái)實(shí)

17、現(xiàn)其功能。b) 盾尾密封系統(tǒng)是采用三道鋼絲刷，雙室中注入油脂起到盾尾管片處與外界漿液層隔絕及潤(rùn)滑的作用。c) 盾尾密封要求能承受0.3-0.4Mpa的泥水壓力而不漏。d) 盾尾密封脂都是采用機(jī)泵加入,因此盾構(gòu)機(jī)密封脂中最重要的性能即是泵送性和抗水密封性,另外還應(yīng)具有較好的粘附性。e) 盾尾密封在壓注油脂后，能耐水壓0.3-0.5Mpa，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工況壓力而定。4.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)水泵，確保其正常工作； c) 啟動(dòng)空壓機(jī)、確保其正常工作； d) 手動(dòng)模式：手動(dòng)選擇油脂管路進(jìn)行壓注油脂，當(dāng)注脂點(diǎn)的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值后，

18、壓注操作自動(dòng)停止； e) 自動(dòng)模式：以壓力傳感器監(jiān)測(cè)壓力為標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)循環(huán)強(qiáng)制定量注入，達(dá)到既定壓力自行停止。5.注意事項(xiàng)a) 更換油脂桶時(shí)，必須保證油脂桶外形完整，防止變形難以更換； b) 保證更換油脂的清潔，不可將異物帶入到系統(tǒng)中； c) 油脂需使用我司要求的型號(hào)，若更換型號(hào)，需由我方技術(shù)人員確認(rèn)； d) 氣動(dòng)控制球閥緊固螺絲需涂抹螺紋緊固膠，以防止其振動(dòng)松掉。八 主驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)1.原理簡(jiǎn)圖2.關(guān)鍵部件齒輪油輸送泵3.作用a) 軸承箱側(cè)壁設(shè)有油面指示計(jì)，透明膠管可觀察油液液面，液面過(guò)低可進(jìn)行添加油液；同時(shí)，底部設(shè)有油溫檢測(cè)傳感器，設(shè)定油溫界限溫度； b) 冷卻齒輪油； c) 潤(rùn)滑主軸承及減速機(jī)軸承，增加軸承壽命。4.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 氣動(dòng)齒輪油泵電機(jī)；從電機(jī)尾端觀察，葉片轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；