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發(fā)表于 2010-1-6 13:24:24
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$ y6 o r& C! }9 a6 ^: Z& [盾構(gòu)機(jī)的工作原理5 G; y* E$ ~8 W& C& P* a- Y+ e
1．盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)
$ v4 P$ D7 Z9 a) z" ?3 W 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)開(kāi)啟盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸，將盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，隨著推進(jìn)油缸的向前推進(jìn)，刀盤(pán)持續(xù)旋轉(zhuǎn)，被切削下來(lái)的碴土充滿泥土倉(cāng)，此時(shí)開(kāi)動(dòng)螺旋輸送機(jī)將切削下來(lái)的渣土排送到皮帶輸送機(jī)上，后由皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸至渣土車(chē)的土箱中，再通過(guò)豎井運(yùn)至地面。
! K# ]- V' H+ t E 2．掘進(jìn)中控制排土量與排土速度, V4 \: O6 l1 |$ @, a- L
當(dāng)泥土倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)中的碴土積累到一定數(shù)量時(shí)，開(kāi)挖面被切下的渣土經(jīng)刀槽進(jìn)入泥土倉(cāng)的阻力增大，當(dāng)泥土倉(cāng)的土壓與開(kāi)挖面的土壓力和地下水的水壓力相平衡時(shí)，開(kāi)挖面就能保持穩(wěn)定，開(kāi)挖面對(duì)應(yīng)的地面部分也不致坍坍或隆起，這時(shí)只要保持從螺旋輸送機(jī)和泥土倉(cāng)中輸送出去的渣土量與切削下來(lái)的流人泥土倉(cāng)中的渣土量相平衡時(shí)，開(kāi)挖工作就能順利進(jìn)行。
' [ H" h% G! o9 q 3.管片拼裝
1 F* a+ |9 N7 C9 z( U 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一環(huán)的距離后，拼裝機(jī)操作手操作拼裝機(jī)拼裝單層襯砌管片，使隧道—次成型。# l5 ]% n; n4 r6 a* S8 V( O F g! W
盾構(gòu)機(jī)的組成及各組成部分在施工中的作用
# T! I% K( a" z# y: C( L 盾構(gòu)機(jī)的最大直徑為6.28m，總長(zhǎng)65m，其中盾體長(zhǎng)8.5m，后配套設(shè)備長(zhǎng)56.5m，總重量約406t，總配置功率1577kW，最大掘進(jìn)扭矩5300kN?m，最大推進(jìn)力為36400kN，最陜掘進(jìn)速度可達(dá)8cm／min。盾構(gòu)機(jī)主要由9大部分組成，他們分別是盾體、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)、雙室氣閘、管片拼裝機(jī)、排土機(jī)構(gòu)、后配套裝置、電氣系統(tǒng)和輔助設(shè)備。9 j: s# r( R. i0 z, g2 H( O
1.盾體
/ R% f$ k& A* l8 p* { 盾體主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，這三部分都是管狀簡(jiǎn)體，其外徑是6．25m。 前盾和與之焊在一起的承壓隔板用來(lái)支撐刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)使泥土倉(cāng)與后面的工作空間相隔離，推力油缸的壓力可通過(guò)承壓隔板作用到開(kāi)挖面上，以起到支撐和穩(wěn)定開(kāi)挖面的作用。承壓隔板上在不同高度處安裝有五個(gè)土壓傳感器，可以用來(lái)探測(cè)泥土倉(cāng)中不同高度的土壓力。 前盾的后邊是中盾，中盾和前盾通過(guò)法蘭以螺栓連接，中盾內(nèi)側(cè)的周邊位置裝有30個(gè)推進(jìn)油缸，推進(jìn)油缸桿上安有塑料撐靴，撐靴頂推在后面已安裝好的管片上，通過(guò)控制油缸桿向后伸出可以提供給盾構(gòu)機(jī)向前的掘進(jìn)力，這30個(gè)千斤頂按上下左右被分成A、B、c、D四組，掘進(jìn)過(guò)程中，在操作室中可單獨(dú)控制每一組油缸的壓力，這樣盾構(gòu)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、抬頭、低頭或直行，從而可以使掘進(jìn)中盾構(gòu)機(jī)的軸線盡量擬合隧道設(shè)計(jì)軸線。 中盾的后邊是尾盾，尾盾通過(guò)14個(gè)被動(dòng)跟隨的鉸接油缸和中盾相連。這種鉸接連接可以使盾構(gòu)機(jī)易于轉(zhuǎn)向。
& Q, ~$ a! E4 ?. I' I4 B$ k6 k 2.刀盤(pán)
' \* S$ ]+ j- T1 |& g 刀盤(pán)是一個(gè)帶有多個(gè)進(jìn)料槽的切削盤(pán)體，位于盾構(gòu)機(jī)的最前部，用于切削土體，刀盤(pán)的開(kāi)口率約為28％，刀盤(pán)直徑6．28m，也是盾構(gòu)機(jī)上直徑最大的部分，一個(gè)帶四根支撐條幅的法蘭板用來(lái)連接刀盤(pán)和刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)部分，刀盤(pán)上可根據(jù)被切削土質(zhì)的軟硬而選擇安裝硬巖刀具或軟土刀具，刀盤(pán)的外側(cè)還裝有一把超挖刀，盾構(gòu)機(jī)在轉(zhuǎn)向掘進(jìn)時(shí)，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盤(pán)的徑向方向向外伸出，從而擴(kuò)大開(kāi)挖直徑，這樣易于實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的轉(zhuǎn)向。超挖刀油缸桿的行程為50mm。刀盤(pán)上安裝的所有類(lèi)型的刀具都由螺栓連接，都可以從刀盤(pán)后面的泥土倉(cāng)中進(jìn)行更換。 法蘭板的后部安裝有一個(gè)回轉(zhuǎn)接頭，其作用是向刀盤(pán)的面板上輸入泡沫或膨潤(rùn)土及向超挖刀液壓油缸輸送液壓油。
% e" W9 A/ x; x 3.刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)1 Y+ G4 e; W8 W3 `
刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)由螺栓牢固地連接在前盾承壓隔板上的法蘭上，它可以使刀盤(pán)在順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)0-6．1rpm的無(wú)級(jí)變速。刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)主要由8組傳動(dòng)副和主齒輪箱組成，每組傳動(dòng)副由一個(gè)斜軸式變量軸向柱塞馬達(dá)和水冷式變速齒輪箱組成，其中一組傳動(dòng)副的變速齒輪箱中帶有制動(dòng)裝置，用于制動(dòng)刀盤(pán)。 安裝在前盾右側(cè)承壓隔板上的一臺(tái)定量螺旋式液壓泵驅(qū)動(dòng)主齒輪箱中的齒輪油，用來(lái)潤(rùn)滑主齒輪箱，該油路中一個(gè)水冷式的齒輪油冷卻器用來(lái)冷卻齒輪油。- H) p% c, v8 E8 }
4.雙室氣閘
! U$ ^$ D# r3 y6 c 雙室氣閘裝在前盾上，包括前室和主室兩部分，當(dāng)掘進(jìn)過(guò)程中刀具磨損工作人員進(jìn)入到泥土倉(cāng)檢察及更換刀具時(shí)，要使用雙室氣閘。 在進(jìn)入泥土倉(cāng)時(shí)，為了避免開(kāi)挖面的坍坍，要在泥土倉(cāng)中建立并保持與該地層深度土壓力與水壓力相適應(yīng)的氣壓，這樣工作人員要進(jìn)出泥土倉(cāng)時(shí)，就存在一個(gè)適應(yīng)泥土倉(cāng)中壓力的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整氣閘前室和主室的壓力，就可以使工作人員可以適應(yīng)常壓和開(kāi)挖倉(cāng)壓力之間的變化。但要注意，只有通過(guò)高壓空氣檢查和受到相應(yīng)培訓(xùn)有資質(zhì)的人員，才可以通過(guò)氣閘進(jìn)出有壓力的泥土倉(cāng)。 現(xiàn)以工作人員從常壓的操作環(huán)境下進(jìn)入有壓力的泥土倉(cāng)為例，來(lái)說(shuō)明雙室氣閘的作用。工作人員甲先從前室進(jìn)入主室，關(guān)閉前室和主室之間的隔離門(mén)，按照規(guī)定程序給主室加壓，直到主室的壓力和泥土倉(cāng)的壓力相同時(shí)，打開(kāi)主室和泥土倉(cāng)之間的閘閥，使兩者之間壓力平衡，這時(shí)打開(kāi)主室和泥土倉(cāng)之間的隔離門(mén)，工作人員甲進(jìn)入泥土倉(cāng)。如果這時(shí)工作人員乙也需要進(jìn)入泥土倉(cāng)工作，乙就可以先進(jìn)入前室，然后關(guān)閉前室和常壓操作環(huán)境之間的隔離門(mén)，給前室加壓至和主室及泥土倉(cāng)中的壓力相同，扣開(kāi)前室和主室之間的閘閥，使兩者之間的壓力平衡，打開(kāi)主室和前室之間的隔離門(mén)，工作人員乙進(jìn)入主室和泥土倉(cāng)中。 5.管片拼裝機(jī)4 l! ]" K8 n0 t6 G2 ], }1 Z1 e
管片拼裝機(jī)由拼裝機(jī)大梁、支撐架、旋轉(zhuǎn)架和拼裝頭組成。 拼裝機(jī)大梁用法蘭連接在中盾的后支撐架上，拼裝機(jī)的支撐架通過(guò)左右各兩個(gè)滾輪安放在拼裝機(jī)大梁上的行走槽中，一個(gè)內(nèi)圈為齒圈形式外徑3．2m的滾珠軸承外圈通過(guò)法蘭與拼裝機(jī)支撐架相連，內(nèi)圈通過(guò)法蘭與旋轉(zhuǎn)架相連，拼裝頭與旋轉(zhuǎn)支架之間用兩個(gè)伸縮油缸和一個(gè)橫粱相連接。 現(xiàn)以拼裝頭在正下方位置的情況為例，來(lái)說(shuō)明拼裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況。兩個(gè)拼裝機(jī)行走液壓油缸可以使支撐架、旋轉(zhuǎn)架、拼裝頭在拼裝機(jī)大梁上沿隧道軸線方向移動(dòng)；安裝在支撐架上的兩個(gè)斜盤(pán)式軸向柱塞旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)滾珠軸承的內(nèi)齒圈可以使旋轉(zhuǎn)架和拼裝頭沿隧道圓周方向左右旋轉(zhuǎn)各200度；通過(guò)伸縮油缸可以使拼裝頭上升或下降；拼裝頭在油缸的作用下又可以實(shí)現(xiàn)在水平方向上的擺動(dòng)，和在豎直方向上的擺動(dòng)以及抓緊和放松管片的功能。這樣在拼裝管片時(shí)，就可以有六個(gè)方向的自由度，從而可以使管片準(zhǔn)確就位。 拼裝手可以使用有線的或遙控的控制器操作管片拼裝機(jī)，用來(lái)拼裝管片。我們采用的是1．2m長(zhǎng)的通用管片，一環(huán)管片由六塊管片組成，它們是三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊、兩塊臨塊和一塊封頂塊。封頂塊可以有十個(gè)不同的位置，代表十種不同類(lèi)型的管環(huán)，通過(guò)選擇不同類(lèi)型的管環(huán)就可以使成型后的隧道軸線與設(shè)計(jì)的隧道軸線相擬合。隧道成型后，管環(huán)之間及管環(huán)的管片之間都裝有密封，用以防水。管片之間及管環(huán)之間都由高強(qiáng)度的螺栓連接。
. q+ c% U! T7 w* p 6.排土機(jī)構(gòu)
4 L: t$ w2 u, M4 ~" F 盾構(gòu)機(jī)的排土機(jī)構(gòu)主要包括螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)。螺旋輸送機(jī)由斜盤(pán)式變量軸向柱塞馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，皮帶輸送機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。碴土由螺旋輸送機(jī)從泥土倉(cāng)中運(yùn)輸?shù)狡л斔蜋C(jī)上，皮帶輸送機(jī)再將碴土向后運(yùn)輸至第四節(jié)臺(tái)車(chē)的尾部，落入等候的碴土車(chē)的土箱中，土箱裝滿后，由電瓶車(chē)牽引沿軌道運(yùn)至豎井，龍門(mén)吊將士箱吊至地面，并倒人碴土坑中。 螺旋輸送機(jī)有前后兩個(gè)閘門(mén)，前者關(guān)閉可以使泥土倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)隔斷，后者可以在停止掘進(jìn)或維修時(shí)關(guān)閉，在整個(gè)盾構(gòu)機(jī)斷電緊急情況下，此閘門(mén)也可由蓄能器貯存的能量自動(dòng)關(guān)閉，以防止開(kāi)挖倉(cāng)中的水及渣土在壓力作用下進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)。
" l7 B) G" f }9 E, I# q9 e 7.后配套設(shè)備, w3 s4 c0 z B2 A1 R$ a3 T
后配套設(shè)備主要由以下幾部分組成：管片運(yùn)輸設(shè)備、四節(jié)后配套臺(tái)車(chē)及其上面安裝的盾構(gòu)機(jī)操作所需的操作室、電氣部件、液壓部件、注漿設(shè)備、泡沫設(shè)備、膨潤(rùn)土設(shè)備、循環(huán)水設(shè)備及通風(fēng)設(shè)備等。$ D* U C( t- c# V- W
A.管片運(yùn)輸設(shè)備
K: B/ @9 F& }- x! V' q: z3 j w 管片運(yùn)輸設(shè)備包括管片運(yùn)送小車(chē)、運(yùn)送管片的電動(dòng)葫蘆及其連接橋軌道。 管片由龍門(mén)吊從地面下至豎井的管片車(chē)上，由電瓶車(chē)牽引管片車(chē)至第一節(jié)臺(tái)車(chē)前的電動(dòng)葫蘆—方，由電動(dòng)葫蘆吊起管片向前運(yùn)送到管片小車(chē)上，由管制、車(chē)再向前運(yùn)送，供給管片拼裝機(jī)使用。 B.一號(hào)臺(tái)車(chē)及其上的設(shè)備: i0 d. ?* [; G2 b4 b" ?1 h5 |
一號(hào)臺(tái)車(chē)上裝有盾構(gòu)機(jī)的操作室及注漿設(shè)備。 盾構(gòu)機(jī)操作室中有盾構(gòu)機(jī)操作控制臺(tái)、控制電腦、盾構(gòu)機(jī)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)、VMT隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦及螺旋輸送機(jī)后部出土口監(jiān)視器。# t1 e% I+ F" L% P! T/ o% z
C.二號(hào)臺(tái)車(chē)及其上的設(shè)備
) u% ^# l, @* V 二號(hào)臺(tái)車(chē)上有包含液壓油箱在內(nèi)的液壓泵站、膨潤(rùn)土箱、膨潤(rùn)土泵、盾尾密封油脂泵及潤(rùn)滑油脂泵。液壓油箱及液壓泵站為刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)油缸、鉸接油缸、管片拼裝機(jī)、管片運(yùn)輸小車(chē)、螺旋輸送機(jī)、注漿泵等液壓設(shè)備提供壓力油。泵站上裝有液壓油過(guò)濾及冷卻回路，液壓油冷卻器是水冷式。 盾尾密封油脂泵在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)將盾尾密封油脂由12條管路壓送到三排盾尾密封刷與管片之間形成的兩個(gè)腔室中，以防止注射到管片背后的漿液進(jìn)入盾體內(nèi)。 潤(rùn)滑油脂泵將油脂泵送到盾體中的小油脂桶中，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，4kw電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小油脂泵將油脂泵送到主驅(qū)動(dòng)齒輪箱、螺旋輸送機(jī)齒輪箱及刀盤(pán)回轉(zhuǎn)接頭中。這些油脂起到兩個(gè)作用，一個(gè)作用是被注入到上述三個(gè)組件中唇形密封件之間的空間起到潤(rùn)滑唇形密封件工作區(qū)域及幫助阻止贓物進(jìn)入被密封區(qū)域內(nèi)部的作用，對(duì)于螺旋輸送機(jī)齒輪箱還有另外一個(gè)作用，就是潤(rùn)滑齒輪箱的球面軸承。
) V. J. V7 U$ ]+ Y5 N' a D.三號(hào)臺(tái)車(chē)及其上的設(shè)備& C& d% G0 X7 p5 O# O2 L
三號(hào)臺(tái)車(chē)上裝有兩臺(tái)打氣泵、一個(gè)1立方米貯氣罐、一組配電柜及一臺(tái)二次風(fēng)機(jī)。 打氣泵可提供8Bar的壓縮空氣并將壓縮空氣貯存在貯氣罐中，壓縮空氣可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)盾尾油脂泵、密封油脂泵和氣動(dòng)污水泵，用宋給人閘、開(kāi)挖室加壓，用來(lái)操作膨潤(rùn)土、盾尾油脂的氣動(dòng)開(kāi)關(guān)，用來(lái)與泡沫劑、水混合形成改良土壤的泡沫，用來(lái)8嘞氣動(dòng)工具等。 二次風(fēng)機(jī)由11kW的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將由中間井輸送至第四節(jié)臺(tái)車(chē)位置處的新鮮空氣，繼續(xù)向前泵送至盾體附近，以給盾構(gòu)機(jī)提供良好的通風(fēng)。" F, n1 F/ F4 ^3 ^" P, u2 Z, `1 @4 q
E.四號(hào)臺(tái)車(chē)及其上的設(shè)備4 N" V. d+ M! g, \# X7 ?# q
四號(hào)臺(tái)車(chē)上裝有變壓器、電纜卷筒、水管卷筒、風(fēng)管盒。 鋪設(shè)在隧道中的兩條內(nèi)徑為100mm的水管作為盾構(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)。通常情況下，進(jìn)人盾構(gòu)機(jī)水管卷筒水管的水壓控制在5Bar左右。正常掘進(jìn)時(shí)，進(jìn)人盾構(gòu)機(jī)水循環(huán)系統(tǒng)的水有以下的用途：對(duì)掖壓油、主驅(qū)動(dòng)齒輪油、空壓機(jī)、配電柜中的電器部件及刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)副變速箱具有冷卻功能，為泡沫劑的合成提供用水，提供給盾構(gòu)機(jī)及隧道清潔用水。蓄水池中的水用冷卻塔進(jìn)行循環(huán)冷卻。 風(fēng)管盒中裝有折疊式的風(fēng)管，風(fēng)管與豎井地面上的風(fēng)肌連接，向隧道中的盾構(gòu)機(jī)里提供新鮮空氣。新鮮空氣通過(guò)風(fēng)管被送至第四節(jié)臺(tái)車(chē)的位置。
3 K' J7 j* X; _: }$ `; Q& N; } 8.電氣設(shè)備: `- W$ a2 S: q" [" h
盾構(gòu)機(jī)電氣設(shè)備包括電纜卷筒、主供電電纜、變壓器、配電柜、動(dòng)力電纜、控制電纜、控制系統(tǒng)、操作控制臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)、螺旋輸送機(jī)后部出土口監(jiān)視器、電機(jī)、插座、照明、接地等。電器系統(tǒng)最小保護(hù)等級(jí)為IP5．5。 主供電電纜安裝在電纜卷筒上，10kV的高壓電由地面通過(guò)高壓電纜沿隧道輸送到與之連接的主供電電纜上，接著通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)變成400v，50Hz的低壓電進(jìn)人配電柜，再通過(guò)供電電纜和控制電纜供盾構(gòu)機(jī)使用。 西門(mén)子S7-PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，控制系統(tǒng)用于控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)、拼裝時(shí)的各主要功能。例如盾構(gòu)機(jī)要掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)司機(jī)按下操作控制臺(tái)上的掘進(jìn)按鈕，一個(gè)電信號(hào)就被傳到PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)首先分析推進(jìn)的條件是否具備(如推進(jìn)油缸液壓油泵是否打開(kāi)，潤(rùn)滑脂系統(tǒng)是否工作正常等，．如果推進(jìn)的條件不具備，就不能推進(jìn)，如果條件具備，控制系統(tǒng)就會(huì)使推進(jìn)按鈕指示燈變亮，同時(shí)控制系統(tǒng)也會(huì)給推進(jìn)油缸控制閥的電磁閥供電，電磁閥通電打開(kāi)推進(jìn)油缸控制閥，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始向前推進(jìn)。PLC安裝于控制室，在配電柜里裝有遠(yuǎn)程接口，PLC系統(tǒng)也與操作控制臺(tái)的控制電腦及VMT公司的SLS-T隧道激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦相連。 盾構(gòu)機(jī)操作室內(nèi)的操作控制臺(tái)和盾構(gòu)機(jī)某些可移動(dòng)裝置旁邊的現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)(如管片拼裝機(jī)、管片吊車(chē)、管片運(yùn)送小車(chē)等)用來(lái)操作盾構(gòu)機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種功能。操作控制臺(tái)上有控制系統(tǒng)電腦顯示器、實(shí)現(xiàn)各種功能的按鈕、調(diào)整壓力和速度的旋鈕、顯示壓力或油缸伸長(zhǎng)長(zhǎng)度的顯示模塊及各種鑰匙開(kāi)關(guān)等。 螺旋輸送機(jī)后部出土口監(jiān)視器用來(lái)監(jiān)視螺旋輸送機(jī)的出土情況。
. V1 n6 R4 v! g. r/ \& t 電機(jī)為所有液壓油泵、皮帶機(jī)、泡沫劑泵、合成泡沫用水水泵、膨潤(rùn)土泵等提供動(dòng)力。當(dāng)電機(jī)的功率在30kW以下時(shí)，采用直接起動(dòng)的方式，當(dāng)電機(jī)的功率大于30kW時(shí)，為了降低起動(dòng)電流，采用星形—三角形起動(dòng)的方式。 |
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