盾构机总体概述.docx
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1、北方重工盾构机总体概述1.盾构机设备性能A.盾构机推进速度:综合考虑本工程地质情况,盾构机具备不小于 80mm/min的掘进能力,具有日掘进20环的能力。B.最小转弯半径:水平方向W200m,最大爬坡能力35%。C.掘进方向允许偏差:水平偏差W50mni,垂直方向W土20mni。D.盾壳、刀盘的强度和刚度满足需要,刀盘主轴承、大齿圈传动装置及 减速器、主轴承密封使用寿命满足10000工作小时(最大推力下)。E.盾构机具备三种工作模式,即:土压式、敞开式和气压式。设备具有 可靠、灵敏的土压平衡调节能力,保证开挖面的稳定,与周围的水压 及土压力平衡。(i) 土压式工作模式土压平衡系统与其他隧道挖掘
2、施工法不同的是无须任何开挖面辅助支撑, 开挖下来的渣土本身就作为支撑介质。地层由专为软土地层配备的刮刀来挖 掘,在其后的土仓内,土体调合剂(泡沫)帮助形成糊状土体来维持有微小压 力波动的学子面,避免了地表的下沉,同时土仓内安装了压力传感器来监控土 压。(ii)敞开式工作模式当土体稳定性良好时,土仓中的土体可以不经过土压平衡调节,就可以通 过螺旋输送机输送出去。敞开式工作模式就是盾构机在无须土仓压力调节的情 况下工作。土仓内仅有极少量的渣土,土仓基本处于清空状态,掘进中刀盘和 螺旋输送机所受反扭力较小。由于土仓内压力为大气压,故不能支撑开挖面地 层。(iii)压缩空气模式盾构机可在气压平衡模式下
3、运行,其防止地下水渗入的效果主要取决于压钱接密封和盾尾密封能够抵抗不低于o. 6MPa的水压。设有加注密封油脂的 自动控制及加注压力、流量监测装置。应能在盾构机操作室的操作面板上对密 封油脂的加注作业进行自动及手动控制。12)集中润滑系统盾构机主轴承、主轴承密封、螺旋输送机密封及中心回转接头、砂浆罐的 搅拌装置轴承等配备集中润滑系统。主轴承、盾尾润滑油脂泵满足使用要求。13)泡沫注入系统泡沫可以更好地控制掌子面的稳定。由许多微小气泡组成的泡沫缓冲效应 可限制掌子面压力的波动。泡沫填补了被开挖物料的缝隙,使其可渗透性降低,因而使高水压开挖成 为可能。泡沫的润滑作用能增加被开挖物料的流动性,减小渣
4、土室中堵塞的风险, 并减小工作扭矩因而减少电力消耗。泡沫可以减小地层的研磨性,从而增加和地层接触部件的寿命。泡沫喷嘴的单向阀设计能够有效地防止管路的堵塞,意外堵塞后易于疏 通、清洗。泡沫系统采用压缩空气加压的方式,这样可以吸纳更多的气体。为了使水 和空气混合产生的泡沫气泡大小均匀,系统使用了专门设计的静力混合器,防 止泡沫由于大气泡而破裂。泡沫系统的发泡溶液可按不同比例混合发泡剂和水。泡沫系统采用单管单泵的形式,每条线路都有一个独立的泡沫泵,能够分 别控制每条线路的压力和流量,保证渣土改良的效果。为保证泡沫系统的供 水,NHI设计有独立的泡沫用水水泵。泡沫管路的布置连接,能够实现开挖仓同时注入
5、不同的改良剂,如:泡沫 和水,或者膨润土和水,以适应不同地质改良的需要。14)膨润土注入系统膨润土通过旋转接头的泡沫管线向刀盘前部注入。操作模式:四个阀都是手动控制并可以在系统中变更。模式一:所有点膨润土注入;模式二:所有点泡沫注入;模式三:同时注入泡沫和膨润土。中心部分的泡沫可以使渣土蓬松,周边 的膨润土的注入可以润滑刀具和稳定地层。NHI全新设计在膨润土系统内增加了压力传感器和流量计,可实现主控室 对膨润土系统进行控制。NHI全新设计对膨润土罐和膨润土泵进行模块化设计,优化管路设计,使 输送效率提高,操作更具人性化。NHI全新设计采用了软管泵,最大压力可达2Mpa,提高使用效率。15)同步
6、注浆系统配备的同步注浆系统既可以单液注浆又可以双液注浆,满足施工的不同需 求。同步注浆系统安装在后配套拖车上,系统包括一个单液砂浆存储搅拌罐和 一个B液注浆储存罐、两个双柱塞泵、两个螺杆泵以及控制单元组成。注浆泵通过异形连接管和砂浆罐相连,连接段还有清洗接口。泵直接装在 砂浆罐的下方用于提高泵的效率。砂浆泵为双柱塞类型,通过液压活塞驱动。操作手可以选择两种工作模 式:手动和自动。注浆线路既可以调节压力又可以调节排量。水箱可以实现对 砂浆泉柱塞密封系统的持续自动清洗。注浆管路完全内置于盾尾壳的内侧,万一有管路被堵住时,被堵塞的管路 能够很容易地被更换。NHT全新设计优化了注浆管路布置,在注浆管转
7、弯处采用软管连接,减少 注浆压力损失和管路堵塞。NHI全新设计的砂浆储存搅拌箱侧面清渣口采用楔块固定方式,提高施工 效率。NHI全新设计的砂浆储存搅拌箱轴承和密封系统增加了集中润滑点,有效 地提高轴承的密封效果和使用寿命。16)供电系统供电系统包括变压器、高压开关柜、控制柜、配电柜、电容器及照明系 统。(1)高压电缆存储箱高压电缆存储箱安装在拖车的尾部,主要作用是给盾构机提供10 kV (- 5%+5%) /50 Hz的动力以及随着盾构的向前掘进延伸高压电缆。高压电缆 存储箱能够存放更多的电缆,减少延长电缆的次数。(2)高低压开关柜高低压开关柜安装在后配套拖车上,高、低压供电系统有漏电、短路和
8、接 地等保护装置。主电路开关接地保护、照明和插座开关接地保护、人身安全保 护设施和措施、主机安全保护及联锁功能、电动机过载保护及联锁功能;高压 开关柜具有高压漏电、短路、超温保护、零序保护、速断保护或报警等自动保 护功能及通、断电显示和参数显示功能。(3)变压器变压器放置在后配套拖车上,为全浸入式(硅油),带电容器以调节输入电 压的变化。考虑隧道内潮湿的工作环境,变压器配备湿度监控报警装置。所选变压器 具备高度污染防护。变压器的高压保护通过断路器或保险丝实现;变压器的低压保护通过标准 断路器(非插入式、非马达驱动)或保险丝实现。(4)配电柜配电柜位于后配套拖车上,按照欧洲标准进行设计,其防护等
9、级为IP55。 配电柜按系统分成由总线相连的若干独立部分。配电柜配有水冷式散热器,配 电柜下部的进线口处设置有密封盖板,侧面的进线口(如果有)装有防水盖。为防止人员的直接接触,所有带电连接线、屏蔽母线和端子都用有机玻璃 封住。设备主要部分的中性状态为“IT”型(不接地中性点线)。一个绝缘测试器连续不断地显示着绝缘值,并在出现第一个故障时给出报 警信号,当绝缘值超出允许值时给出第二个故障报警,同时由各引出线的开关 装置切断电路。(5)各系统电机所有电机防护等级为IP55, 30KW以上的每台电机均采用星三角方式进行启 动。(6)主控制室主控制室安装后配套上,操作人员通过控制盘上许多按钮和选择开关
10、 (如:手动和自动选择等)以及通过可视系统来选择并驱动盾构机各部件,彩 色监视器上可以显示各种运行参数和故障。主控制室采用隔音材料加工而成, 工作环境噪音V70dB,带空调。(7)电缆所有电缆均采用橡胶包裹(HAR),电缆安装在电缆槽内以确保电缆定位牢 固和防止外部损坏,并能在需要的时候可以方便地接线或维护。主动力电缆与 控制电缆分开布置以防止电干扰。(8)照明及应急照明设备的所有辅助部件(照明、插座)和变压器绝缘,中性状态为“TT”型 (接地中线型),所有引出线由不同的何I路断路器保护,以保证第一个故障发生(如接地等)时断路(群体保护)。提供正常照明网路(防水荧光灯)和应急照明网路(独立线管
11、并备有可用 2小时的备用电池)。(9)插座及应急动力源每节后配套拖车上都安装了插座盒和插头瞬时RCD保护,在前护盾压力隔 板上也预留有带保护罩的应急动力源。17)控制系统控制系统采用PLC控制方式,能自动控制推力、推进速度、液压系统压 力、刀盘转速、刀盘扭矩、土舱压力、螺旋输送机转速、出硝门开度、出土 量、盾尾和主轴承油脂压力、注浆系统压力、盾构姿态和位置等相关参数。具 有自动及手动控制模式,具有自动故障诊断和停电自动保护功能。PLC系统应有良好的抗干扰措施,PLC模板输入输出点应有光电隔离保护措 施。PLC系统保留有备用输入输出模块,同时具有可扩展功能,以方便用户在 需要时增加输入输出模块。
12、工业可编程逻辑控制器(PLC)管理着所有的控制、控制回路、报警及故障 (提醒进行预防性的和/或纠正性的维修)。此可编程控制器还管理着指令和安 全装置,包括连锁装置,尤其是在以下条件下不允许掘进操作: 土仓压力或推力超出限定值;刀盘不旋转或离合器压力超出限定值(如有); 刀盘转速太低;主驱动系统过载(电机、油温等); 出渣系统(螺旋输送机无转速及皮带机无速度)没有运行;推进油缸或较接油缸行程及压力超出限定值; 管片拼装机未处于收缩位置;盾构主机滚动倾翻值超过限定值; 如果主轴承润滑或油循环装置不工作,应禁止刀盘旋转等。该控制器还可分步启动各电机(使瞬时起峰电流最小),自动开启油过滤装 置和刀盘轴
13、承润滑。自动控制器的设计依据对机器各功能的广泛研究、分析后设定各系统的初 始值(服务及状态),“锁定”输入、输出表,从而确定了控制器基本框架和扩 展的配置。如:采用自动掘进模式时,能根据设定的参数自动控制推进力、刀 盘转速及扭矩、推进速度、土仓压力、螺旋输送机转速、出俺门开度等动作。TBM控制盘装有监控系统,通过屏幕给出关于不同故障及其状况的各种信 息。故障处理的发生: 导致TBM立即停机的一般故障;引起相应设备立即停机的特殊故障; 报警:若干传感器可以闪烁给出信号以向操作人员报警,其中有一些则 可在报警一段时间后切断故障(取决于功能)(例如:滤清器堵塞时先报警,5 分钟后会切断故障)18)通
14、讯及监视系统在主机及后配套系统上安装以下4部电话: 控制室(控制室配备有空调)人闸(参见人闸相关章节) 注浆区域皮带机卸渣区机器上还提供一套声音系统装置,包括控制室里的1个扩音器、1个麦克 风,以及隧道开挖设备上的2个扬声器。在螺旋输送机卸渣和皮带机卸渣口各安装一台摄像机,主控室内安装一 台彩色显示器,用以监视以上两区域的工作情况。19)自动导向系统系统包括:以下硬件工业电脑激光全站仪双轴倾斜计电脑和激光全站仪之间无线连接激光全站仪电源 2个电动棱镜和一个参考棱镜 1套电缆包含以下软件修正曲线的计算和显示根据输入的数据计算和输入隧道理论中心线为在TBM控制面板上显示计算出的“环号”(表示位置)
15、的通讯联系衬砌环拼装程序,可出示衬砌环报告全站仪和棱镜之间的角度精确性:优于2(2秒)双轴倾角计测量滚动精度:0. 1 mm每米双轴倾角计测量倾斜精度:0. 1 mm每米所有TBM数据和地面计算机的传输以及调制解调器(备选)通过导向系统的监控,可控制掘进方向(水平及竖直)误差为土 10mm。20)数据采集、显示与传输系统数据采集、显示与传输系统基本组成:安装在主控室里的一台工业PC,它通过链接器与PLC程序相连接。两台显示器。监控软件。设备检测器提供的所有数据(如:电流、电压、土压、油压、油位、行 程、温度等)连续不断地被PLC读取。PLC利用这些数据进行过程控制,每隔 一秒就处理一次数据。计
16、算值有:每分钟(此时间可调)的平均值、最大值、 最小值,这些数据由PC记录下来。对于设备而言,具有传输及打印功能。这些数值显示在监控界面上,且显示界面能进行中文和英文切换。第一个 屏幕显示设备的主画面,主要数据由两种方式显示:相对于最大值的数字式和 模拟柱状图表。在屏幕下方,有一行显示最近发生的故障。第二个显示器显示 各系统功能:推力、注射(泡沫、水泥砂浆、盾尾油脂)、刀盘驱动、超挖刀、 管片角度、故障等。这种方式下,设备操作人员可以监控设备运行的每一个细 节。设备操作人员可随时看到这些数据,并能够分析每一行程、每天或每周的 过程变化,这对于开挖过程中的故障排除非常有效。计算机文档可被绝大多数
17、 公共软件读取,如EXCEL或LOTUS,所以数据处理非常容易。21)拖车结构后配套台车车架稳固,设备布置紧凑、合理,并满足最小转弯半径200m 要求。设有渣土、浆液和管片输送通道,左侧为人行通道,盾构机车架上方留 有足够的通视测量通道,以便于施工阶段测量工作进行。后配套拖车共由1个连接桥和7组拖车组成,每台拖车下部均安装四组车 轮,拖车为门架结构。22)通风系统盾构机需配置一个二次通风系统,以保证盾构机工作区域内的散热、通风 换气要求。从盾构机前方靠近护盾的地方将空气抽出并在后配套尾部排出。23)工业用气系统工业用气回路向所有气动装置、沿后配套每节门架车、联接桥和主机内设 置的闭合压力点供气
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