第九章 辅助系统.doc

第9章 辅助系统第一节 同步注浆系统在盾构施工过程中，随着盾构的掘进，在盾尾外径与管片外径之间会产生空隙，这些空隙若不及时填充，管片周围的土体将会松动甚至产生坍塌，从而导致地面沉降等严重后果，因此必须采用注浆的方法将盾尾空隙充填。另一方面，背衬注浆还能提高隧道的防水性，并使管片所受外力均匀分布，确保管片衬砌的稳定。图9-1 注浆控制面板1、 同步注浆系统的组成（1） 注浆泵 盾构一般有四个可单独操作的注浆泵（2） 贮浆罐 用来暂时存放从运输罐车中输送的砂浆（3） 搅拌器 用来搅拌贮浆罐中的砂浆（4） 输浆管路 包括三个部分：盾构连接桥处的内径50mm的钢管；盾尾盾壳暗置的注浆管（布置于四等分盾壳的位置，四组共八根）；连接前两部分的内径50mm的软管。（5） 压力传感器 安装在盾尾注浆口处，用于采集注浆压力2、 注浆控制器及注浆泵 如图9-1及图9-2所示图9-2 注浆泵三、注浆系统的电气控制图9-3 启动按钮电路（1） 注浆泵的控制1. 启动按钮控制电路 启动按钮在主控制室的左边2. PLC输出及控制输入图9-3 PLC输出及控制输入3. 注浆泵主电路图9-4 注浆泵主电路图9-5 注浆泵控制电路4. 注浆泵控制电路（2） 注浆选择开关电路 选择开关在现场的控制面板，有“手动”、“停止”、“自动”三档 。图9-6 注浆模式选择（2） 注浆的启动/停止控制图9-7 注浆启动/停止注浆位置共有“左上”、“右上”、“左下”、“右下”四个位置，这里介绍的只是“左上”、“右上”两个位置的控制电路。1、 启动/停止控制 如图9-7所示2、 注浆控制阀图9-8 注浆控制阀PLC得到输入命令后，经分析、修理，由Q14.7、Q15.0 给出驱动指令，驱动继电器11K11、11K2，它们的常开触头闭合，控制比例电磁阀11Y4、11Y5的通断，由11R7、11R8控制11Y4、11Y5控制比例电磁阀11Y4、11Y5开度，从而控制注浆压力。图9-9 注浆行程计数电路3、 注浆行程计数电路每个注浆泵都有一个注浆行程计数电路，这里介绍的是左上屯右上的电路，左下与右下电路与此类似。4. 注浆压力检测电路图9-10 注浆压力检测电路图9-11 注浆压力显示电路5. 注浆压力显示电路 同样，每个注浆泵一个，这里只给出两个（3） 注浆搅拌 其作用是搅拌砂浆，采用直接启动。图9-12 注浆搅拌（4） 注浆紧急停止与注浆泵辅助紧急停止1. 紧急停止输入图9-13 紧急停止2. 注浆泵辅助紧急停止图9-14 注浆泵辅助紧急停止（五）注浆系统图9-15 注浆系统第2节 膨润土控制膨润土学名蒙脱石，民间俗称观音土、胶泥，是一种层状含水硅酸盐。膨润土具有遇水膨胀的特性，膨胀时体积为自身体积的315倍，并且具有润滑性。膨润土注入装置主要包括膨润土箱、膨润土泵、相关的管路控制阀和连接管路。需要注入膨润土时，操作人员通过操作台控制气动膨润土控制阀，将膨润土注入到开挖室、泥土舱、螺旋输送器及盾壳周边，其作用主要有：1、 改良渣土性能，增加渣土的流动性及和易性。2、 注浆停止时泵入膨润土替代砂浆，防止注浆管路内砂浆沉淀、凝固、堵塞。3、 在工作面上形成低渗透性泥膜，平衡水土压力。4、 盾壳周边充满膨润土，可减小推进阻力，降低能耗。图9-26 膨润土搅拌1、 盾体膨润土的控制（1） 膨润土的搅拌膨润土箱在拖车上，膨润土的搅拌直接由现场的按钮控制，没有经过PLC，其电路如图9-16所示。（2） 膨润土泵控制膨润土泵的作用是将拖车膨润土箱内的膨润土泵入输送管道，再由管道输送到盾体。它由主控制室的按钮控制其启动与停止，其电路如图9-17、图9-18所示。上左绿色按钮为启动按钮，上右红色按钮为停止按钮，电位器用来调节泵马达的速度，下面的两个按钮控制两个管道电磁阀的通断。图9-17 膨润土泵控制按钮图9-18 膨润土泵控制图9-19 膨润土控制电磁阀（3） 膨润土控制电磁阀2、 盾壳膨润土控制（1） 盾壳膨润土的搅拌电路图9-20 盾壳膨润土搅拌与盾体膨润土搅拌电路类似，盾壳膨润土的搅拌也是由现场直接控制，不经过PLC，与盾体不同的是，盾壳由两台电机搅拌，其电路如图9-20所示。（2） 盾壳膨润土泵控制电路图9-21 盾壳膨润土泵控制按钮图9-22 盾壳膨润土泵控制电路（3） 盾壳膨润土系统的设定盾壳拮润土注入点的设定，是在上位机的触摸屏，具体如图9-23所示，从图中可以看出，中盾和尾盾各有6个注入点，共12个注入点，可采用手动与自动两种方式。图9-23 盾壳膨润土系统的设定（4） 盾壳膨润土控制电磁阀图9-24 中盾盾壳膨润土控制电磁阀 1、 中盾盾壳膨润土控制电磁阀2、 尾盾盾壳膨润土控制电磁阀尾盾盾壳膨润土控制电磁阀电路与中盾的相似，也是由6个电磁阀来控制膨润土的注入，这里就不作过多介绍，请参阅相关电路。3、 膨润土的检测（1） 膨润土压力检测由三个压力传感器来实时检测膨润土的压力，其电路如图9-25所示图9-26 膨润土压力开关图9-25 膨润土压力检测（二）膨润土压力开关由三个压力开关检测膨润土的压力极限，达到极限则报警。如图9-26所示图9-27 膨润土流量开关（3） 膨润土流量开关第三节 盾尾密封油脂压注系统盾尾密封的作用是确保盾构壳体的内表面和管片的外表面之间的密封，防止砂土和水的涌入。盾尾密封共设三道，内侧两道为钢丝刷，外侧一道为钢板刷，钢丝刷和各道密封之间充填盾尾密封油脂。盾尾密封装置中设有盾尾密封油脂压注系统，盾壳上的加脂管道为外置式加脂管道，通过加脂控制对盾尾密封系统进行加脂操作。盾尾油脂的压注由气动压注泵来完成，系统由一台空压机提供动力，它主要用于对盾尾密封装置进行补充充填盾尾密封油脂。图9-28 盾尾密封控制盾尾密封系统的开启在主控制室完成，有手动和自动两种模式，如图9-28及图9-29所示。图9-29 盾尾密封手动控制如果选择手动，需要在主控制室面板按下“启动”按钮，并在上位机上选择需要注入的点；如果选择自动模式，需要按“参数设置”的界面“盾尾密封系统”的“注脂次数”和“等待时间”，从“前部上右”到“后部上左”循环注入；如果选择“行程控制模式”，将按照“参数设置”的界面“盾尾密封系统”的“行程距离”，每到一个行程距离，循环注脂一次；如果选择“自动”且选择“压力控制模式”，将按照“参数设置”界面“盾尾密封系统”的“最大压力”循环注脂，直到达到设定的压力。如图9-30所示图9-31 注脂模式选择图9-30 盾尾密封参数设置一、模式选择电路 如图9-31所示图9-31 手动方式的启动/停止2、 启动/停止输入电路 如图9-32所示3、 盾尾油脂箱的控制 如图9-32所示，5S2、5B4、5B6分别为检修钥匙开关、计数开关及接近开关。图9-32 盾尾油脂箱控制图9-33 盾尾密封空气阀4、 盾尾密封空气阀的运行 如图9-33所示图9-34 盾尾密封电磁阀五、盾尾密封电磁阀 共6组12个，这里只给出第6组的2个电磁阀，其余的都类似。如图9-34。6、 盾尾密封压力检测 每个注入点都有一个压力检测，共有12个检测点，作为自动模式下“压力控制模式”时的停止依据。图9-35给出的只是一个检测点的传感器电路。图9-35 盾尾密封压力检测第4节 泡沫注入装置1、 泡沫的作用使用泡沫剂的目的是改善土体的和易性，保持密封土舱内土压力的稳定性和出土的顺畅，当发泡剂与渣土泥混合时产生如下作用：1. 减少刀头相对地体的摩擦，降低刀盘扭矩，提高进给量，减少刀具的磨损和堵塞，并使盾构机掘进驱动功率减小。2. 减少水的渗漏。加到工作面上的泡沫，会形成一个不渗水层，降低土体的渗透性，减少渗漏，增加工作面的密封性，使工作面压力变动小，有利于稳定密封舱压力。3. 降低土体间的粘着力，减少密封舱中土体压实形成泥饼。4. 改善土体的流动性，保持开挖面稳定，使挖出的土碴均匀，从而容易充满密封舱和螺旋输送器的全部空间，便于螺旋输送器出土。5. 增加土体的可压缩性，便于土压平衡的控制。2、 泡沫的形成用泵将泡沫剂从储罐中泵出，与水按要求的比例混合形成溶液，溶液的流量可由流量计测量，依测量的结果由PLC控制泡沫剂的泵送量。混合溶液随即被送到泡沫发生器中，同时输入压缩空气，压缩空气使泡沫溶液打旋产生泡沫，经刀盘旋转接通头送到刀盘正面的每个注入口，向开挖面注入泡沫。3、 泡沫注入装置的组成泡沫注入装置由泡沫剂储罐、泡沫剂泵、水泵、安全阀、溶液计量调节阀、空气计量调节阀、液体流量计、气体流量计、泡沫发生器及连接管路等组成。4、 泡沫的控制面板及界面泡沫由主控制室的操作面板和上位机共同控制，面板和控制界面分别如图9-36和图9-37所示。图9-36 泡沫控制面板图9-37 泡沫系统界面5、 泡沫启动条件1、 泡沫水泵变频器正常 2、 泡沫原液泵变频器正常3、上位机13#管路有激活 4、土压舱压力正常5、泡沫控制模式未选 6、泡沫水泵运行7、泡沫原液泵运行 8、泡沫原液泵运行六、泡沫控制电路图9-38 泡沫模式电路（一）主控制室泡沫模式电路 即“手动”、“半自动”、“自动”及“停止”信号的输入。参阅图9-36，电路如图9-38.。（2） 泡沫水泵的控制1、 启动/停止信号 由PLC输出，Q50.3为水泵的启动信号，Q50.2为水泵的停止信号。M3为变频器的冷却电机。如图9-39所示。图9-39 泡沫水泵的启动与停止信号2、泡沫水泵控制电路图9-40 泡沫水泵控制电路1Q2为电源开关，2K2控制停止，2K3控制停止，PQW566为PLC的模拟输出，控制电机的速度，进而控制水的流量。图9-41 水阀的控制3、 泡沫水泵阀的控制（3） 泡沫原液泵控制泡沫原液泵也是由一台变频电机驱动，电路与泡沫水泵电机的驱动一样，这里就不再重复。（4） 混合液控制 混合液共有三路，这里只介绍其中的一路。1、 混合液计量调节阀 电源为交流24V，由变压器3T2提供。如图3-41所示。图3-41 混合液控制2、 混合液流量检测 共有三路，这里也只给出一路。图9-42 混合液流量检测（5） 空气控制1、 空气计量调节阀控制 共有三路，每路的电路与混合液相似，这里不作介绍。2、 空气流量检测 共有三个空气流量传感器检测，与混合液流量检测相似。图9-43 泡沫压力检测（6） 泡沫压力检测 由于泡沫共有三路，所以相应地有三个压力传感器进行检测，这里只给出一路的电路。如图9-43所示。第5节 主轴承润滑油脂泵、HBW油脂泵及齿轮油泵的控制主轴承润滑油脂（EP2)的作用是向刀盘主轴承及螺旋输送机轴承输送润滑油，确保刀盘及螺旋输送机的正常工作，另外还可作为铰接密封油脂。HBW油脂的主要作用是确保刀盘与土压舱之间的良好密封。齿轮油的作用是向马达及行星轮的传动齿轮提供良好的润滑。1、 主轴承润滑油脂（EP2)泵的控制（1） 主轴承润滑油脂泵的启动条件1、 气动进口手动球阀处于开启状态2、 EP2油脂桶油位正常3、 现场钥匙开关处于工作状态（2） 主轴承润滑油脂泵的启动 如图9-44所示的辅助控制，如“主轴承润滑油脂运行联锁/刀盘螺机”选择“无效”，则主控制室控制面板按下“润滑油脂泵”启动按钮，EP2油脂将运行；“主轴承润滑油脂运行联锁/刀盘螺机”选择“有效”，则即使按下主控制室控制面板的“润滑油脂泵”启动按钮，EP2油脂也只能在刀盘或螺机旋转时才能启动。油脂空气控制如图9-45所示。图9-43 （a) 油脂辅助控制及EP2的启动电路（3） 主轴承油脂泵的控制 如图9-43（b)所示（4） 油脂桶的控制 如图9-45所示，由钥匙开关、位置开关及接近开关组成。图9-43（b）主轴承油脂泵控制图9-44 EP2空气控制图9-45 EP2油脂桶的控制2、 HBW油脂泵的控制（一）HBW油脂泵的启动条件1、气动进口手动球阀处于开启状态2、HBW油脂桶油位正常3、现场钥匙开关处于工作状态（二）HBW油脂泵的启动 如图9-44所示的辅助控制，如“HBW/刀盘联锁”选择“无效”，则主控制室控制面板按下“HBW”启动按钮，HBW油脂将运行；“HBW/刀盘联锁”选择“有效”，则即使按下主控制室控制面板的“HBW”启动按钮，HBW油脂也只能在刀盘旋转时才能启动。HBW启动按钮电路如图9-46所示，HBW系统控制如图9-47所示。图9-47 HBW控制系统图9-46 HBW启动按钮电路3、 齿轮油泵的控制（1） 齿轮油泵的启动条件 齿轮箱中的油不低于最低的油位。（2） 齿轮油的调试模式 如图9-43所示，未选取此模式时，齿轮油的联锁条件将加载到各系统中；当选取此按钮后，齿轮油的联锁条件将取消，限时5分钟。（3） 齿轮油联锁/刀盘 用以选择齿轮油的运行模式。未选取此按钮时，主控制室“齿轮油”按钮按下后，齿轮油泵运行；当按下此按钮后，即使按下主控制室“齿轮油”按钮，齿轮油泵也只能在刀盘启动后才能启动。（4） 齿轮油泵控制按钮电路 如图9-48所示图9-49 齿轮油泵启动电路图9-48 齿轮油泵按钮（5） 齿轮油泵控制电路 共有两台，一台在前盾控制，如图9-49所示，还有一台在拖车配电柜控制，电路与此类似，在此就不重复。 （6） 齿轮油泵的检测 如图9-50所示，为油泵压力及压力开关，图9-51所示为压力表。图9-50 齿轮油泵压力检测图9-51 齿轮油压表第6节 铰接控制图9-52 铰接控制及输入电路铰接缸的作用是为了使盾构能够很好地适应蛇行前进，即曲线掘进。它有三种工作状态，如图9-52所示，当旋扭在“回收”位时，盾尾缩回；当处于“保持”位时，铰接油缸处于锁定位，当处于“释放”位时，铰接油缸处于浮动位，此时盾尾能根据前盾和管片的位置自动调整姿态。1、 铰接油缸位移的监控及设定铰接油缸的检测在“主监控页”的左上，位移设定在上位机“参数设置”界面的右中，如图9-53所示。图9-53 铰接油缸位移的监测及设定2、 铰接控制输入电路 如图9-52所示3、 铰接控制 如图9-53所示，两个电磁阀分别控制“回收”及“保持”图9-53 铰接控制四、铰接压力及行程测量图9-54 铰接油缸压力及行程检测铰接压力用一个压力传感器测量，而行程用了四个位移传感器，图中只给出了一个，其余三个的电路完全一样，如图9-54所示。第7节 其它辅助控制1、 过滤泵的控制过滤泵又称过滤循环冷却泵，其作用是对液压油进行过滤及冷却，其启动条件是：液压油箱中有足够的油；足够的冷却水用于液压油的冷却。如图9-55及图9-56所示。图9-55 过滤泵控制按钮图9-56 过滤泵控制2、 补油泵控制（1） 补油泵的启动按钮电路 与过滤泵相似，将启动信号传送到PLC，这里不重复。（2） 补油泵电机控制 采用Y-降压启动，如图9-57、图9-58。图9-57 启动的PLC信号图9-58 补油泵电机控制（3） 补油泵控制 如图9-59、图9-60所示，分别为补油泵的压力检测、补油泵油位高度检测及补油泵阀的控制。图9-59 补油泵压力检测图9-60 补油泵液位及电磁阀（4） 补油泵图9-61 补