北京地鐵鉸接式土壓平衡盾構測控系統(tǒng)的消化吸收

1、北京地鐵鉸接式土壓平衡盾構測控系統(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的功能和特點,以及測控系統(tǒng)的組成和設計思想,剖析了盾構的控制和操作方法總結(jié)了測控系統(tǒng)的特點,對國產(chǎn)盾構測控系統(tǒng)的設計提出了建議。關鍵詞:地鐵;鉸接式土壓平衡盾構;盾構測控系統(tǒng);消化和吸收1盾構概況 北京地鐵4號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。它將穿越砂礫復合地層,推進距離約1.5km。該盾構主要參數(shù)有,直徑:6140mm;長度:8570mm;推進速度:08.5cm/min;總推力:37730kN。鉸接式土壓平衡盾構主要部件的功能和特點如下: (1)大刀盤是通

2、過9臺刀盤電機來驅(qū)動,再由5臺變頻器控制刀盤電機,實現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)速的選擇和切換。刀盤速度設有五檔分別為0.5、0.7、1.1、1.6、2.2r/min。(2)螺旋機由1個液壓馬達來拖動,它可通過比例閥進行無級調(diào)速,螺旋機調(diào)速范圍為025r/min。 (3)螺旋機有伸縮功能,維修時可將螺旋機軸縮回關閉前部二道螺旋機閘門,使螺旋機與泥土倉完全隔離。(4)推進系統(tǒng)由推進泵帶動分成四區(qū)的22個推進千斤頂,并通過一個比例閥對油壓進行調(diào)整和控制來調(diào)節(jié)推進速度。 (5)鉸接系統(tǒng)由鉸接泵帶動4個鉸接千斤頂進行上、下、左、右的轉(zhuǎn)動與全伸、全縮等動作,調(diào)整盾構的推進姿態(tài)。(6)拼裝回轉(zhuǎn)和螺旋機閘門合用1臺液壓泵,分別

3、在拼裝/推進狀態(tài)中使用。(7)皮帶機在運行前,予報警5s,才能正式運轉(zhuǎn)。在皮帶機兩邊設有拉繩式緊停鈕,可以緊急停止皮帶機。(8)盾尾油脂設前后二道密封,由1臺盾尾油脂密封泵每道各分6個點進行壓注。(9)有2臺集中潤滑油脂泵(簡稱油脂泵)分連續(xù)和間斷二個工作狀態(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)進行潤滑油的加注。(11)用2臺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)由注漿泵和攪拌機組成的注漿系統(tǒng)可進行單液漿壓注,有清洗管道功能。(13)有1套泡沫裝置可發(fā)生泡沫注入盾構前方土體中。2盾構測控系統(tǒng)2.1盾構控制系統(tǒng) 盾構控制系統(tǒng)主要由PLC可控制編程控制器和顯示操

4、作終端機組成。PLC采用主從結(jié)構,有1個主站和2個從站,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。該盾構采用的A2USHCPU組件是當今世界上最先進的微型化PLCCPU之一。它采用三菱順控處理器(MSP),使得其可以達到與許多大型、更昂貴的PLC相媲美的速度和功能。 PLC主站設在控制臺,主CPU型號為A2USHCPU-S1,帶3個顯示操作終端機,編號為GC1、GC2、GC7。其中GC1、GC2分別操作盾構設備,互為備用。另一個GC7操作加泥設備。 1#從站設在盾構內(nèi),帶3個顯示操作終端機,編號為GC35。其中GC3、GC4操作盾構千斤頂,GC5遠程操

5、作注漿。2#從站設在2#車架,帶1個顯示操作終端機(俗稱觸摸屏),編號為GC6,操作注漿設備。 主站同1#、2#從站通過兩個并行的電纜環(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個并行的電纜環(huán)路連接各PLC站,其中一個稱之為正向環(huán)路(或主環(huán)路),另一個稱之為反向環(huán)路(或副環(huán)路)。當主環(huán)路內(nèi)發(fā)生電纜斷裂,通信自動切換到副環(huán)路,繼續(xù)保持數(shù)據(jù)通信。如果2個環(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獨立于PLC系統(tǒng)外,型號為:FX1N-40MR,通過I/O口同PLC主站進行信號的交換。 PLC配置了開關量輸入/輸出組件

6、、模擬量輸入/輸出組件、通信接口組件計算機通信組件。詳見表1PLC配置表。2.2姿態(tài)測控系統(tǒng) 盾構的姿態(tài)測控系統(tǒng)由盾構和地面2個部分組成。盾構部分主要有全站儀、棱鏡、測量接口、控制單元、計算機(顯示器)等設備組成。地面部分主要有計算機(顯示器)和集線器等設備組成,盾構與地面部分通過一對兆比特調(diào)制解調(diào)器(SDSL)進行信號的聯(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現(xiàn)盾構姿態(tài)的自動測量,可以取得實時的數(shù)據(jù)信息有:后視點、站的坐標和登錄名稱;測量目標的數(shù)據(jù);測量時的盾構俯角和轉(zhuǎn)角;盾構前、中、后的坐標值,方位偏差等計算結(jié)果。 在盾構內(nèi),全站儀測量得到的姿態(tài)信號和PLC獲取的盾構施工信號在測量接口單元中集成在一起,在盾構計算機顯示器上顯示,并送地面計算機。 2.3檢測系統(tǒng) 根據(jù)盾構測控系統(tǒng)的需求,配置了基本的檢測儀器,檢測的模擬量信號有:土倉土壓力,推進千斤頂油壓、行程、速度,四區(qū)油壓,螺