北京地鐵鉸接式土壓平衡盾構(gòu)測控系統(tǒng)的消化吸收

1、北京地鐵鉸接式土壓平衡盾構(gòu)測控系統(tǒng)的消化吸收 摘要:概括介紹了日本小公司生產(chǎn)的鉸接式土壓平衡盾構(gòu)的功能和特點(diǎn),以及測控系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)思想,剖析了盾構(gòu)的控制和操作方法總結(jié)了測控系統(tǒng)的特點(diǎn),對國產(chǎn)盾構(gòu)測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了建議。關(guān)鍵詞:地鐵;鉸接式土壓平衡盾構(gòu);盾構(gòu)測控系統(tǒng);消化和吸收1盾構(gòu)概況 北京地鐵4號(hào)線頤和園至圓明園之間的隧道施工,采用日本小松公司生產(chǎn)的鉸接式土壓平衡盾構(gòu)。它將穿越砂礫復(fù)合地層,推進(jìn)距離約1.5km。該盾構(gòu)主要參數(shù)有,直徑:6140mm;長度:8570mm;推進(jìn)速度:08.5cm/min;總推力:37730kN。鉸接式土壓平衡盾構(gòu)主要部件的功能和特點(diǎn)如下: (1)大刀盤是通

2、過9臺(tái)刀盤電機(jī)來驅(qū)動(dòng),再由5臺(tái)變頻器控制刀盤電機(jī),實(shí)現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)速的選擇和切換。刀盤速度設(shè)有五檔分別為0.5、0.7、1.1、1.6、2.2r/min。(2)螺旋機(jī)由1個(gè)液壓馬達(dá)來拖動(dòng),它可通過比例閥進(jìn)行無級(jí)調(diào)速,螺旋機(jī)調(diào)速范圍為025r/min。 (3)螺旋機(jī)有伸縮功能,維修時(shí)可將螺旋機(jī)軸縮回關(guān)閉前部二道螺旋機(jī)閘門,使螺旋機(jī)與泥土倉完全隔離。(4)推進(jìn)系統(tǒng)由推進(jìn)泵帶動(dòng)分成四區(qū)的22個(gè)推進(jìn)千斤頂,并通過一個(gè)比例閥對油壓進(jìn)行調(diào)整和控制來調(diào)節(jié)推進(jìn)速度。 (5)鉸接系統(tǒng)由鉸接泵帶動(dòng)4個(gè)鉸接千斤頂進(jìn)行上、下、左、右的轉(zhuǎn)動(dòng)與全伸、全縮等動(dòng)作,調(diào)整盾構(gòu)的推進(jìn)姿態(tài)。(6)拼裝回轉(zhuǎn)和螺旋機(jī)閘門合用1臺(tái)液壓泵,分別

3、在拼裝/推進(jìn)狀態(tài)中使用。(7)皮帶機(jī)在運(yùn)行前,予報(bào)警5s,才能正式運(yùn)轉(zhuǎn)。在皮帶機(jī)兩邊設(shè)有拉繩式緊停鈕,可以緊急停止皮帶機(jī)。(8)盾尾油脂設(shè)前后二道密封,由1臺(tái)盾尾油脂密封泵每道各分6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行壓注。(9)有2臺(tái)集中潤滑油脂泵(簡稱油脂泵)分連續(xù)和間斷二個(gè)工作狀態(tài)分別注入油脂。(10)有1套稀油潤滑循環(huán)泵(簡稱循環(huán)泵)進(jìn)行潤滑油的加注。(11)用2臺(tái)泥漿泵通過變頻器調(diào)節(jié)加泥流量。向土倉內(nèi)加泥漿。(12)由注漿泵和攪拌機(jī)組成的注漿系統(tǒng)可進(jìn)行單液漿壓注,有清洗管道功能。(13)有1套泡沫裝置可發(fā)生泡沫注入盾構(gòu)前方土體中。2盾構(gòu)測控系統(tǒng)2.1盾構(gòu)控制系統(tǒng) 盾構(gòu)控制系統(tǒng)主要由PLC可控制編程控制器和顯示操

4、作終端機(jī)組成。PLC采用主從結(jié)構(gòu),有1個(gè)主站和2個(gè)從站,另有一套注漿PLC。見圖1 PLC可編程控制器采用日本三菱公司制造的Ans系列產(chǎn)品。該盾構(gòu)采用的A2USHCPU組件是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的微型化PLCCPU之一。它采用三菱順控處理器(MSP),使得其可以達(dá)到與許多大型、更昂貴的PLC相媲美的速度和功能。 PLC主站設(shè)在控制臺(tái),主CPU型號(hào)為A2USHCPU-S1,帶3個(gè)顯示操作終端機(jī),編號(hào)為GC1、GC2、GC7。其中GC1、GC2分別操作盾構(gòu)設(shè)備,互為備用。另一個(gè)GC7操作加泥設(shè)備。 1#從站設(shè)在盾構(gòu)內(nèi),帶3個(gè)顯示操作終端機(jī),編號(hào)為GC35。其中GC3、GC4操作盾構(gòu)千斤頂,GC5遠(yuǎn)程操

5、作注漿。2#從站設(shè)在2#車架,帶1個(gè)顯示操作終端機(jī)(俗稱觸摸屏),編號(hào)為GC6,操作注漿設(shè)備。 主站同1#、2#從站通過兩個(gè)并行的電纜環(huán)路連接(雙環(huán)網(wǎng))。系統(tǒng)采用了高速可靠的數(shù)通信,即MELSECNET/數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),它采用2個(gè)并行的電纜環(huán)路連接各PLC站,其中一個(gè)稱之為正向環(huán)路(或主環(huán)路),另一個(gè)稱之為反向環(huán)路(或副環(huán)路)。當(dāng)主環(huán)路內(nèi)發(fā)生電纜斷裂,通信自動(dòng)切換到副環(huán)路,繼續(xù)保持?jǐn)?shù)據(jù)通信。如果2個(gè)環(huán)路均斷裂或者均脫接,除斷裂的PLC,連接的站之間仍保持繼續(xù)通信。 注漿PLC獨(dú)立于PLC系統(tǒng)外,型號(hào)為:FX1N-40MR,通過I/O口同PLC主站進(jìn)行信號(hào)的交換。 PLC配置了開關(guān)量輸入/輸出組件

6、、模擬量輸入/輸出組件、通信接口組件計(jì)算機(jī)通信組件。詳見表1PLC配置表。2.2姿態(tài)測控系統(tǒng) 盾構(gòu)的姿態(tài)測控系統(tǒng)由盾構(gòu)和地面2個(gè)部分組成。盾構(gòu)部分主要有全站儀、棱鏡、測量接口、控制單元、計(jì)算機(jī)(顯示器)等設(shè)備組成。地面部分主要有計(jì)算機(jī)(顯示器)和集線器等設(shè)備組成,盾構(gòu)與地面部分通過一對兆比特調(diào)制解調(diào)器(SDSL)進(jìn)行信號(hào)的聯(lián)接。見圖2。 該系統(tǒng)通過高精度的測量儀器和專用軟件來實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)的自動(dòng)測量,可以取得實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息有:后視點(diǎn)、站的坐標(biāo)和登錄名稱;測量目標(biāo)的數(shù)據(jù);測量時(shí)的盾構(gòu)俯角和轉(zhuǎn)角;盾構(gòu)前、中、后的坐標(biāo)值,方位偏差等計(jì)算結(jié)果。 在盾構(gòu)內(nèi),全站儀測量得到的姿態(tài)信號(hào)和PLC獲取的盾構(gòu)施工信號(hào)在測量接口單元中集成在一起,在盾構(gòu)計(jì)算機(jī)顯示器上顯示,并送地面計(jì)算機(jī)。 2.3檢測系統(tǒng) 根據(jù)盾構(gòu)測控系統(tǒng)的需求,配置了基本的檢測儀器,檢測的模擬量信號(hào)有:土倉土壓力,推進(jìn)千斤頂油壓、行程、速度,四區(qū)油壓,螺