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盾构参数与掘进的关系 郭铜 概述 海瑞克泥水盾构机的参数有几十个 直接决定和影响盾构机的掘进工况和掘进状况 本文着重从盾构机的掘进 环流 刀盘 碎石机 铰接 注浆 盾尾密封 油箱温度等部分介绍盾构机的参数 海瑞克泥水盾构部件繁多 相应的参数五花八门 为了条理地说明这些参数 所以本文选取了上述八个部分对海瑞克泥水盾构的参数进行分别说明 但是 盾构机的各个部件并不是毫无关联的 相应的这些参数也不是独立存在的 例如参数 3 掘进速度被归总在掘进部分 但是其调节却需要参考刀盘部分的参数 18 刀盘扭矩 而通过环流部分的参数 11 泥浆管流量而计算出的盾构机出渣量 又需要与参数 3 掘进速度相对应 诸如此类的例子屡见不鲜 所以我们在分析盾构机参数时 要勤于思考 多联想 多总结 这样有助于我们深入全面地认识泥水盾构的掘进参数和施工工艺 一 掘进 盾构机的掘进部分主要包括以下八个参数 1 推进油缸的工作压力 意义 推进油缸的压力是盾构机前进 转向的动力 分为四组进行进行显示与控制 单位 bar 正常情况 压力使用范围一般建议在0 200 bar 可根据情况设定上限 极限情况 4标施工中最大曾设至330 bar 2 推进油缸的行程 意义 推进油缸的行程又叫伸长量 指油缸伸出的长度 和油缸压力一样分四组进行显示 单位 mm 正常情况 正常掘进应用范围200 1800 mm 尽量不超过1900 mm 极限情况 推进油缸的总伸长量为2000 mm 3 速度 意义 盾构机的掘进速度 单位 mm min 正常情况 掘进速度由具体情况而定 以总推力和刀盘扭矩为重要参考量 沙层35 45 mm min 粘土层比较不稳定 交底一般在25 35 mm min 岩层 切桩5 20 mm min 此处数值属个人经验 极限情况 出洞时可达80 mm min 4 总推力 意义 盾构机推进油缸的总推力 单位 kn 正常情况 由具体情况而定 沙层9000 12000 kn 粘土层比较不稳定 最高曾至18000 kn 岩层 切桩一般在16000 kn 左右 此处数值属个人经验 极限情况 34210 kn 5 贯入度 意义 贯入度 速度 刀盘转速 单位是 mm rpm 6 滚动角 意义 盾体转动的程度 是确定刀盘旋转方向的参考量 单位 mm m 正常情况 掘进过程中控制在 5 mm m 以内 7 俯仰角 意义 指盾体轴线在竖直方向上的倾斜角度 单位是 mm m 正常情况 掘进过程中盾构机的俯仰角与隧道的设计轴线有关 8 后配套拖拽力 意义 盾构机对后配套车架的拉力 单位 bar 正常情况 10 40 bar 极限情况 s478出洞时曾达70 bar 盾构机掘进部分主要含有这8个参数 它们在中控室显示的f1界面上显示 主要集中在f1界面的左半部分 如图1 通过推进油缸控制面板 如图2 进行控制 图1f1界面左半部分 滚动角 俯仰角 a d组推进油缸的行程和压力 后配套拖拽力 速度 总推力 贯入度 推进管片拼装停止速度 推进油缸组a d 图2推进油缸控制面板 二 环流 盾构机的环流部分主要包括以下七个参数 9 工作舱中的膨润土液位 意义 膨润土液位是指气仓中的液面高度 它是调节泥浆管进出浆流量差的重要依据 单位 m 正常情况 一般在掘进过程中 应控制在以中心位置为原点的 0 8 1 0 m 极限情况 a 顶部支撑液位监视条件 液位达到 1 6米 旁路球阀v31自动打开作业舱和挖掘舱膨润土供应的所有球阀和v30自动关闭进浆泵p1 1 p1 n自动关闭排浆泵保持作业状态支撑液位低于上限值时 可重新进行操作 b 底部支撑液位监视条件 液位达到 1 0米 旁路球阀v31自动打开当v31开启后马上关闭排浆管的球阀v32排浆泵p2 1 p2 n关闭进浆泵保持作业状态支撑液位高于下限值时 可重新进行操作 10 开挖仓工作压力 意义 它包括上 下切口压力和气压 其中气压可以通过中盾保压系统来进行控制 上下切口压力会随气压的改变而变化 气压的调节要严格按照交底执行 调节气压时一般以上切口压力为准 单位 bar 11 泥浆管流量 意义 在泥浆管的进浆管和出浆管上各有一只流量传感器 测量进出浆的流量 通过进出浆流量差可以判断盾构机的出渣量 单位 m3 h 正常情况 一般情况下 旁通流量稳定到500 m3 h 可以进行掘进 在粘土层中对流量要求较高 旁通流量稳定到600 m3 h 以上可以掘进 掘进模式下原则上要能够保持流量稳定 极限情况 泥浆管流量计的极限值为850 m3 h 12 进浆管及排浆管阀门状态 意义 通过f2界面可观察泥浆管阀门的开闭情况 13 泥浆泵前后压力 意义 在泥浆泵进出浆口各装有一个压力传感器 可显示该处泥浆压力 通过各泥浆泵前后压力可判断堵管位置 单位 bar 正常情况 盾构机掘进过程中 p2 1泵进浆压力2 bar 左右 与切口压力接近 出浆压力4 bar 左右 极限情况 泥浆管净水试验压力为8 bar 14 泥浆泵电流 意义 泥浆泵电机的工作电流 单位 a 正常情况 正常工作电流为300 a 左右 极限情况 启动电流为500 600 a 15 进浆及排浆泵的转速 意义 旁通循环时 泥浆泵的转速主要以满足流量为目的 随着泥浆管的延长 流量对转速的要求会逐渐提高 当泥浆泵提供的转速不能满足流量要求时 增加泥浆泵数量 单位 rpm 极限转速 0 1200 rpm 盾构机环流部分的七个参数主要在f2界面 如图3 显示 通过环流控制面板 如图4 进行控制 图3f2界面 进浆泵p1 1 p1 3 排浆泵p2 1 p2 5 气压上切口压力下切口压力 液位 液位指示灯 流量计 p1 1 p1 2 p1 3v51流量v30 p2 5 p2 4 p2 3 p2 2v50p2 1 流量 v31 v32 液位 支撑压力1 2 气压 推进 周末 图4环流控制面板 泥水回路旁路模式进浆管 打开 v51 关闭 v30及v011 v012 v001 v017 v018 v003 v004和v005旁路管 打开 v31排浆管 打开 v50 关闭 v32泥浆泵状态 进浆泵p1 1 p1 n启动 排浆泵p2 1 p2 n启动进浆泵和排浆泵的进出口处均装有压力传感器 盾构机操作手依靠调节进浆管和排浆管的压力来控制进浆泵和排浆泵的速度 直到能保证达到泥水回路内的最佳稳定流量后 可进行泥水回路掘进模式 泥水回路掘进模式进浆管 打开 v51 打开 v30及进浆支路阀中的任意两个旁路管 关闭 v31排浆管 打开 v50 打开 v32泥浆泵状态 进浆泵p1 1 p1 n启动 排浆泵p2 1 p2 n启动 掘进泥水回路工作舱液位调节进浆泵和排浆泵的速度是以一种能确保达到所需流量和压力的方式受控制的 流速根据掘进速度和地质条件进行调节 在掘进过程中 可以用多种方式来升高或降低支撑液的液位 升高液位 方式a 提高p1 n的速度 保持p2 n的速度不变升高液位 方式b 提高p1 n的速度 降低p2 n的速度升高液位 方式c 保持p1 n的速度不变 降低p2 n的速度 降低液位 方式a 降低p1 n的速度 保持p2 n的速度不变降低液位 方式b 保持p1 n的速度不变 提高p2 n的速度降低液位 方式c 降低p1 n的速度 提高p2 n的速度 三 刀盘 盾构机的刀盘部分主要包括以下三个参数 16 电流 意义 刀盘驱动电机的工作电流 单位 a 一般情况 正常工作200 a 左右 起步电流较大 500 a 左右 17 转速 意义 刀盘的旋转速度 单位 rpm 正常情况 以扭矩为参考 极限情况 1档0 1 2 rpm 2档0 2 5 rpm 18 扭矩 正常情况 控制在0 7 1 4 mnm 较好 极限情况 4标施工中最大曾至3 mnm 额定扭矩4 346 mnm 脱困扭矩5 213 mnm 卡刀盘的解决方法 a 重新启动刀盘 b 切换刀盘旋转方向 c 快速启动刀盘 大扭曲脱困 d 松推进油缸 便于刀盘脱困 刀盘的参数在f3界面的左上部 如图5 和f1界面的右下部 如图6 两个位置有显示 通过刀盘控制面板 如图7 进行操作 图5刀盘在f3界面参数显示 图6刀盘在f1界面参数显示 图7刀盘控制面板 驱动油压刀盘转速刀盘扭矩溢流油温刀盘电流 刀盘转速刀盘电流刀盘扭矩 转速第1级 第2级左 右转动开始 停止hbw油脂泵齿轮油泵ep2油脂泵 操作步骤 1 确定中控室内部控制2 启动ep2油脂泵 齿轮油泵 hbw油脂泵3 确定刀盘档位 1档0 1 2rpm 2档0 2 5rpm4 确定刀盘旋转方向左 右5 启动刀盘6 将刀盘调至交底给定转速 四 碎石机 盾构机的碎石机部分主要包括以下一个参数 19 碎石机油缸压力 意义 碎石机是由两瓣可以转动的鄂来完成其碎石的作用的 在两瓣鄂的背面是两个伸缩油缸 它们是碎石机的鄂动作的动力 所以这两个油缸的工作压力也反映了碎石机的工作情况 极限情况 油缸最大工作压力左300 bar 右300 bar 碎石机的参数在f3界面的右部 如图8 有显示 通过碎石机控制面板 如图9 进行操作 操作步骤 1 选定模式手动 自动 摩擦手动操作模式 按下按钮 碎石机打开 关闭自动模式 自动打开 关闭摆动模式 碎石机按相同的方向向左 右旋转2 选定周期周期1 2 31档5s 2档10s 3档15s 3 启动碎石机 图8f3界面右部 图9碎石机控制面板 五 铰接 盾构机的交接部分包括以下两个参数 20 铰接工作压力 意义 交接油缸的工作压力 可以看做盾构机对盾尾的拖拽力 单位 bar 正常情况 较好范围70 120 bar 极限情况 最大300 bar 21 铰接油缸行程 意义 铰接油缸行程是指它的伸长量 分为四组显示 盾构机在曲线段掘进时 应注意调节铰接行程差 防止卡盾尾 单位 mm 正常情况 一般使用范围在20 130 mm 极限情况 最大行程0 155 mm 铰接的参数在f1界面的右部 如图10 有显示 通过铰接控制面板 如图11 可调节铰接油缸行程 铰接压力 铰接行程 拉保持释放 盾尾铰接油缸的注释 伸长 缩回盾尾铰接油缸只能在推进模式下操作 为了预防盾尾被卡住 各个行程之间的差别不能太大 图10f1界面右部 图11铰接油缸控制面板 六 注浆 盾构机的注浆部分主要包括以下四个参数 22 注浆管路1 4工作压力 意义 反映盾尾注浆的压力 单位 bar 正常情况 应大于切口压力 正常情况下一般在2 5 4 bar 极限情况 设定6 bar 为最高压力 即堵管压力 最小注浆压力设定为2 bar 23 注浆管路1 4冲程计数 意义 每环掘进过程中对同步注浆次数进行计量 可以判断相应点位的注浆量 单位 次 正常情况 总冲程次数一般在550次左右 但由于地层原因会有所变化 一般在沙层中注浆量会较大 粘土 岩层中注浆量相对小一些 24 水玻璃流量 意义 水玻璃与同步注浆混合形成的双液浆有速凝效果 在特殊工况下使用 单位 l min 25 水玻璃用量计数 意义 水玻璃的用量每环掘进中的累计 单位 l 一般情况 水玻璃用量和同步注浆量的比值由技术交底给定 注浆的参数在f1界面的右部 如图12 有显示 通过注浆控制面板 如图13 进行控制 注浆压力 冲程累计 水玻璃流量 用量累计 图12f1界面右部 图13注浆控制面板 2号台车 七 盾尾油脂 盾构机的盾尾油脂部分主要包括以下三个参数 26 盾尾油脂压力 意义 盾尾油脂起盾尾密封作用 其压力值应始终高于切口压力 盾尾油脂的压力在每次冲程完成时达到最高 每次打完后盾尾压力渐渐回落 一般情况 采用自动模式 盾尾八个口循环打油脂 油脂压力峰值为18 bar 最低保持在3 bar 左右 极限情况 打油脂的瞬间压力最大40 bar 27 盾尾油脂的冲程设置 意义 盾尾油脂的换点间隔时间和每个点的冲程次数 可以在f5界面设置 一般情况 间隔时间为5s 冲程次数为2次 特殊情况 盾尾发生漏浆时 采用手动模式 被选择的点位连续打油脂 28 多点泵油分配计数 意义 每环记录碎石机和主驱动的油脂冲程次数 一般情况 碎石机每分钟5 6次 主驱动每分钟11 12次 盾尾油脂的参数在f5界面的右部 如图14 有显示 通过盾尾油脂控制面板 如图15 进行调节控制 图14f5界面 盾尾油脂的累计次数和压力 次数设置和间隔时间设置 次数控制 压力控制 盾尾油脂桥接 多点泵分配计数 2 5 盾尾密封油脂控制面板 开始 停止油脂桶空 手动 自动 手动模式步骤 1 预选手动模式2 通过显示屏选择注脂管路自动模式步骤 1 预选自动模式2 开始3 自动运行4 停止 泵停止运转 图15盾尾油脂控制面板 八 油箱温度 盾构机的油箱温度部分主要对以下四个油温说明 意义 此处涵盖液压油箱1和2 齿