中继泵技术在泥水盾构施工中的应用

1、第二届隧道掘 机儋构n田 委 会 一次学 研 含暨中铁隧道集团城市盾构项目管理，施工技术、设备维保交流会中继泵技术在泥水盾构施工中的应用赵旭，黄平华，叶忠，孙宏伟(中 隧道集 武 地 二号 越江隧道 目部湖北武 430062)摘要：从中继泵的原理、理论计算出发，结合武汉地铁二号线越江隧道T程实例，详细阐述了中继泵的自主配置、元器件的选型、结构安装、电气调试等关键技术，总结泥水盾构施工中中继泉技术的应用；同时也论证了中继象自主配首的町行性，促进泥水盾构泥水循环系统的国产化进程。关键词I泥水盾构；中继泵技术；自主配置0前言中 是泥水盾构极 重要的附属 之一，由于需要在盾构主控室内 行集中控制， 安

2、全性和系 性要求 高，因此，大多数T程 是 使用 口的成套 ，在泥水盾构施工中，一直面 高 成本和技 上受制于外企的 尬境地。高海旺、 春燕比1等 网中中 的 置与 性做了研究， 勇131 中 在泥水平衡 管中的 用做了研究：关于泥水盾构中 技 的研究 很少。 施中 系 自主配置，既可 省工程施工成本，又可掌握核心技 ，不受制于外企， 能促 和 相关的机 、材料、 感器等 的 展，具有深 的意 。1中继泵的自主配置11泥水循环系统介绍田1泥水循 系 Fil1Theelurry oiroulation在泥水盾构施工中，泥水循 系 4(如 1所示)通 送泥 将膨 土泥 入泥水 以支撑开挖面，掘进时

3、刀盘切削下来的渣十在泥水舱中与膨润土泥浆混合，然后通过排泥泵，将混合泥 出地面，送 泥水分离 行渣土与泥 的分离，分离后的泥 理后重新 送至泥水 。12中继泵的原理泥水循环系统需依靠泥浆泵来实现泥浆的不断循环，但由于受泥浆泵的扬程、流量等性能的限制， 靠一个送泥 和一个排泥 达不到整条隧道的施-T要求。 就需要在盾构掘 到一定距离 ，在隧道中 增加中 站，以确保整个泥水循 系 的正常运行。中 主要由一个泥 及其配套的 控制系 成。中 作 泥水循 系 的一部分，由主司机在盾构主控室内 程操作，通 几个 的接力配合，在每个 的性能允 范 内，确保 送泥 的流茸=和 力。13中继泵的选型计算为了选择

4、合适的交流电机驱动中继泵，必须计算出泥浆泵的轴功率P。泵装置是泵及其附件、吸入管路、排出管路等的 称， 的配套功率N是整个 装置的功率， 工程中需要准确的配套功率5。而配套功率N不能直接 算出来，它与 的 功率P的关系 ：185镕N=KPn，式tl，：n 1为泵传动装置效率：K为功率格村系数。装避 】Iz芷泉装置的 参数， 掉公式山：H=h+l二+H，艘r21式中：h几何高度筹， 位nt：PI-12 力芹 位Pa=Hv：整个装置管路系 的阻力 火， 位m：p：泥 度， 位kgm3：g：重力加速度 位Nkg。粼；H 2nl+乩2等+嗉(3)式中乞”一：蜓科用力 失和， 化m厶“r：局邦阻力 火和

5、， 竹；d：骨路直 ， 伸m：v2：泥 流速， 位mS：x：脖擦m力系数：k：局部阻山系数：1管K， 位mg：重力加速度 位ms2。泥 流 O是另一个影响功率的参数， 算公式 ：g=观S。C。式中：S：嗣体物料比重。 托kg!L；sm：泥 比重， 位kgL；Qa：l司体的体 流付，m3h；“：泥 的重 百分 度。泥 泉 功率P的 掉公式 ：P；00038QH：rl(5)式巾：n：泥 裂效率6】。14中继泵自主配置关键技术除了中继粲的琏型“捭外，巾继泵系统白L配置的关键技术就足电气控制系统设计及通讯。中 的 气拄制 理如幽2所示：。：甚：警嚣篙：，。，泵的参数采粜和处理，过程参数的设定和监视、酲

6、备的联锁控制、报警检I噼控制，与主站进行通讯井完成主站发出的指令。从站具有远程本地切换功能，肖切换为近程时，从站受主站控制当切换为率地控制时，本地具有启、停、调述控制功能。泵所需要的轴封水的压力莆l玲却风机的启停控制也纳主、从站控制井与泵具有逻辑联锁控制关系当轴封水压力不够或风机故障时泥浆泵会白动跳停。中继泵的控制系统要能实现所要求的全部功能，并能与主站程序进行稳定的数据传输和通讯。从站和主站之问通过一条ProfibusDP总线连接，进行数据传输。2工程实饲21工皇II况【刀武汉市轨道交通二号线越扛隧道1程江北起点为让汉路站江南终点为积玉桥站。全长约3100m。本程盾构区间采用2台全新的中铁装

7、备与海瑞克联台制造的泥求盾构舡，隧道总托6183 204单线米：其中右线长3084972米，左线长3098 232米。工程剖面豳如图3所示：一_下a珏明?FiR3hItlmI pile“the proM本【程要完成整条隧道的施一，每条线需要安装3个捧泥聚，即P2 l泵、P22泵、P23泵：和2个进泥泵，即Pl I泵，PI 2泵。该盾构原配了PI1泵和P2 l泵，需要白行配置6台中继囊。本文以P2 3泵为倒来舟绢武汉地铁一号线越江隧道丁程中继泵的白主配置，右线盾构在掘进至500多米时，加上竖井高度及地面管路排泥管路总长已返800多米，P2 1 排泥泵的出口压力明显增大，经研究决定在此位置安装第一

8、个捧泥中继泵站，即P2 3泵。z2主奠静件魍22l泥浆泵及驱动电机造型本上程在此段的具体上况参数见表l；毫体工磊曩曩中继泵采用直联传动配套功率N=1 1P=364kW因此需要选用的交流电机颧定功率为400柙。本1二程选用的电机为西门子400kW交流变频电机，渣浆泵型号为毗R卧N108FF_GH，流量90加3h扬程 75 5m，渣浆密度1 3kgL，允许通过颗粒最大直径180u，可以满足上况要求。222电气柜尺寸的确定中继泵的电气控制部分包括高压柜，低压柜、变压器，变额柜及本地控制柜。中继泵安装在隧道一侧t不能影响电瓶机车的水平i薹输。田此安装空问比较有限，需要仔细计算每个电气柜的蜃人允许尺寸。

9、根据车工程的实际情况，按摄人允许空l茜I觅馓I；中继泵站支架，如图4所示：越江隧道骨片内径5 5m，管片运输尔宽I 28m中继泵站支架必须尽量避免影响屯瓶中的水平运输，因此，每个电气柜深不能超过900柚1且要考虑到柜门打开时的情况；高不能超过2200锄：宽度原则上不受限制。223其它主要部件选型*n1)变额器采川施耐德ATV6l系列般通道通风柜式变频器，防护等级为IP54以适赢恶劣的现场珂=境：控制系统璇完善的故碲监桃年联锁保护确保没备安全可-i；2)本地控制 内PLC模 采川两f Jf ET200lI，配苴1M153l接13模块和数字模拟IO模蚨各个：需要采集的信吁有裂 机逛行也l；【、 逑

10、、 il口 山信号、 救障和 急停Ir等信号：接受p站的信母育系统启动、停lI、调述、复位等信号。PLC控制变撷器米实现泥浆泵的无级调速。3)本系 通 任 复 ， 境干 人 网 系 的 速度、抗干 能力有一定要求因此本系 采川ProfibusDP qt二站通信，利川州 于RS485中 器解决 距离 通 的影响4) 器上面的生接触器采 n 品， 气柜内主要 气元件需采用 量可靠的品牌。23中壤曩的 装ill 23I中继泵站的组装P2 3中继泵的安装方棠如图4所示：Fi94Sdl邯蚯cd姆咖n ofn】rdaypI蚰p啦l；吼盾拘所Hj的高压主线路是从中心配电室引出的lOkV高压电，中继泵站的用电

11、将从主线路引出。中 =毓站的低 出 共分4路，第一路供 柜泥 机：第二路供隧道照明，在隧道最低点可供隧道防洪水 l：第三 供本地控制柜； 有一路留作 照明、 接等 用 源。地血上的P11 通 一条ProfibusDP 与盾构机主控室的主站 行通 中 站也将借助中继器(repeater)，使用这条总线电埋与主站通讯。本T程的盾构数据通jl图如图5所示：r一一?女；两ii_副1d孽 _柚一 一节l喜一 _柚一 田5杓矗曩噩讯n曲Tbe di|atramor onkIBMRS485中 器(repeater)8上r分 两个网段，其中hlBl J1BI是网段1的个Profibus接口，A2B2和A2B2

12、是阿段2的一个Profibus接口，信号再生是在网段I和网段2之 的，同一网段内信号不能再生：阿个网段之 是物理隔离的。AIBI和AIB1。其 是一个Profibus接口的 口山口的接 端子，就像Profibus接 的 口出口一 ，田而也涉及 端 阻的 置 ， 也往往是在使用址 中彝易出 的地打，如果 置不正确，巾 器将无法正常1作，在我们使Jj的连接办法中中lI=器的一个嘲段足做为中问设需细成一个网络拓展。硝门，RM85中继器的嘶扳及连接方法如剖6所示：器器怒裟罐篙繁豢訾嚣k目B口f于鸭柏5十蛙叠豆连攮方法在该网络拓扑的网段2中，中继器就是该网段的一个终端垃备因此在网段2中，应该将Profi

13、bus网线接在1B1上，同时网段2的终端电阻设置为“On，t=怛罔段1不是同绪终端殳备，而是网络中间的一个设备，因此网络l的终端电阻应当设置在“Off”网段l上的两个终端设备P2 3泵和盾构戍分别设置终端电阻。网段1和阿段2的隔离开关应设置为Off。232中继祭站的调试调试分为两部分进行，一是本地控制谓试二是通讯及远程控制调试。调试阶段需要测试中继泵的各项功能确保各个部分都能正常上作。I)送电完成后。首先观察各个元器件及面板上舶指示灯是否正常显示。如有异常，要检壹异常原冈井立即处理。2)测试驱动电机的风机和轴封水泵的转向是否正确测试转向时，一定要点动操作，能看出转向即可。确定无误后，将驱动电机

14、和泥浆泵之问的联轴嚣拆开涮试驱动电机的转向此时，还可以同时测试本地远程选择开关是否能正常。作以及泥浆聚的莲镄启动功能。当选择开关位于远程位置时，本地操作应该是无效的只有打到本地位置，才能进行本地操作：泥浆泵的启动，一定是建立在风机和轴封水泵正常开启并且轴封水的压力和流量选到要求的基础上的，若有一项条件不满足，泥浆泵应无法启动；在泵运彳亍时，若有一项出现故障(如轴封水流量不足、轴封水压力不够)，泵应会自动停止。本地调速旋钮应当能正常调速。3)根据需要实现的功能设置变额器参数9。如表2所示：寰2 ArN!矗毫oJ自f420#4自*420R115量。在主控室工业电脑的泥水环流界面澈话该中继泵的控制模

15、块，在主程序中查询该中继泵的Profibus地址(蠢询为72)然后在本地控制柜ET200的IMl531接口模块上将地址设为72。此时埔9如果埘止常斟7所示的界面麻能看刨泥浆泉进VI和j【IfCJ压力盟示。然肝尝试在主控宣内远W肩动。运“时酗7界面应当有泵的转j虫年电流显示。5),qJ旁通模式运行泥水循环系统2小时左右，进干I负载调试，期阐可以肩停数次，以检测P23泵的性能及连续f柞能力。矗：负载测试捌问泵站派专人看护随时关注泵的运行情况。此时也可以观察泥浆泉盘的状况，并进行适当调节。6)调试结束后完善泵站的电气防护J=作，保护措施做到位，挂好安全管示牌。24餐曩羹调1)中继泉的圳电要从盾构的主

16、电缆上分支，需要一十高压分支箱米实现这个功能。奉T剧在高压柜Iq酲计了高，E分直系统主线路在高压柜内分为2路，一路供中继泵妯使刖，另一路继续延伸至盾+句。这样既节省了空间X节省丁成本2)中继泵作为从站，通过一条IrofibusI)P总线与盾构机主站连接，进行通讯。每个中继泵都仃一个Profibus地址只有从站的地址与主站程序中的地址设鹫一致，才能与主站通讯接受主站的控制。出于安全考虑主站程序中波置了联锁启动隈制，在幽7所示的泥水循环系统中，如果P23前边的中继泵不启动，那么P2 3泉将无法启动。车工程在安装P2 3泵时，结台主jj!序要求，先把P2 3 泵的地址设簧为P2 2裂，当作P2 2泵

17、米使用，随着昔路延伸，P2 2泵安装以后再把地址改回来。这样就可以满足主程中要求。3)中l曼泵的安装会影响正常的掘进施J：时间，台理的安捧1序，可以太大节省时问，在中继裂的安装位簧出来以后就可以往不影响掘进的情况下进行底庳支架的焊接安装一切准备就绪再停机安装泥浆泵和电气柜。3链柬语I：t前，口主配置的6台中继泵使刚正常襄站T作赶好井为项目施I节省了成本近千万元。中继象的自主配置必将健进泥水盾构泥水循环系统的国产化进程，进一步增强我周装备制造业的综合实力，提高我国重大装备在国际市场P的竞争力。戢-【I高辫HF中维泉的设胃方案山西建筑2010第36卷第3I(rJaoi时ngDesignsche肿o

18、f reay H呷s眦Ml肺cIlIT阢n眦2。10 36(3I)(i1 Chinese)f2孙存焦苏雠淌1缝象的选择“算m两建筑2蝴第30器第23搠(Sunchun，anSu Baoql旭seleerinnd calculatiollofrelay脚slw“I ANltTBc刊201)4 30(23)(1ncinese)3j戊奔l媾求在泥m平衡顶管r11的川t1m非挖I程技术H 206920h2p：gJI助吐kJm凸n上b蚓血目!“血立垃L皿n禁仲龊，芾岽盹，oi羲荨南水北调巾线J挫剞河段隧洞盾构过塑设研究隧道建设2010 02第30誊第1期9l 96(cal Zhongyin-n。呱chon鄹inWang Xueying-et al如se$tugy on Shield Type seIectl肌ofchohe Tunnel on Cent rcIII咖le of St