土壓平衡盾構(gòu)機輔助系統(tǒng)原理

1、某土壓平衡盾構(gòu)機輔助系統(tǒng)原理盾構(gòu)是一種集機、電、液、氣、光等技術(shù)為一體的大型隧道施工工程機械,擁有復(fù)雜的配套裝置，其中輔助系統(tǒng)在盾構(gòu)正常工作中起著非常重要的作用，使得盾構(gòu)能夠穩(wěn)定、高效的掘進作業(yè)。輔助系統(tǒng)主要包括水循環(huán)系統(tǒng)；壓縮空氣系統(tǒng)；集中潤滑系統(tǒng)；HBW密封系統(tǒng)；盾尾油脂密封系統(tǒng)；主驅(qū)動潤滑系統(tǒng)；泡沫系統(tǒng)和膨潤土系統(tǒng)；保壓系統(tǒng)等，以下將分別作簡要介紹。一、 水循環(huán)系統(tǒng)水循環(huán)系統(tǒng)是盾構(gòu)機內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)和外循環(huán)水系統(tǒng)的的統(tǒng)稱。鋪設(shè)在隧道中的兩條水管作為盾構(gòu)機的進、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，與蓄水池連接的一臺高壓水泵驅(qū)動盾構(gòu)機用水在蓄水池和盾構(gòu)機之間循環(huán)，蓄水池中的水用

2、冷卻塔進行循環(huán)冷卻。土壓平衡式盾構(gòu)的冷卻系統(tǒng)主要包括以下幾部分：盾構(gòu)機液壓系統(tǒng)冷卻; 主驅(qū)動、大軸承系統(tǒng)的冷卻; 電變頻器等系統(tǒng)冷卻系統(tǒng); 盾構(gòu)中部分冷卻系統(tǒng)是為滿足施工環(huán)境溫度不高于30 °而設(shè)置，施工單位可選擇性配置。1.作用水循環(huán)系統(tǒng)主要用于帶走盾構(gòu)機各個系統(tǒng)正常工作時產(chǎn)生的熱量，保證各系統(tǒng)在正常的溫度范圍內(nèi)工作；并給盾構(gòu)機工作時土倉加水和泡沫、沖洗盾構(gòu)機機身、隧道內(nèi)消防、打掃隧道內(nèi)衛(wèi)生等提供水源。2.原理圖3關(guān)鍵部件 內(nèi)外循環(huán)水冷卻 液壓油冷卻 增壓水泵 污水泵 齒輪油冷卻4、操作流程a) 參照原理圖，確認所有工作管路球閥打開，預(yù)留球閥關(guān)閉； b) 啟動外循環(huán)水泵； c) 啟

3、動內(nèi)循環(huán)水泵；從電機尾端觀察，葉片順時針轉(zhuǎn)動； d) 當土倉泡沫注入量不夠，渣土較干時，可啟動增壓水泵往土倉注水；從電機尾端觀察，葉片順時針轉(zhuǎn)動； e) 可從預(yù)留口接出水管，以清洗隧道管片、臺車。 5、注意事項a) 外循環(huán)水池必須保持干凈，以保證外循環(huán)水的清潔； b) 外循環(huán)水過濾器進口前壓力達到10bar時，應(yīng)停機更換濾網(wǎng)，清洗金屬濾芯； c) 內(nèi)循環(huán)用水應(yīng)嚴格控制清潔度，用量1m3左右； d) 北方施工，如遇天冷情況，應(yīng)往內(nèi)循環(huán)按配比加注一定量的防凍液，以免凍壞相關(guān)元器件； e) 如果隧道較長，掘進一段距離后，由于外循環(huán)水泵揚程有限，需在掘進途中增設(shè)水泵，以保證盾構(gòu)進水壓力達至3-5bar

4、；排污泵亦需增設(shè)中繼泵，保證污水順利排出洞外； f) 管路延長時，應(yīng)保證外循環(huán)進水管、回水管對接的正確性； g）停機檢修時，應(yīng)拍下急停按鈕，待修復(fù)正常后，將急停復(fù)位。6.有關(guān)主驅(qū)動密封、大軸承系統(tǒng)的冷卻此系統(tǒng)在不同盾構(gòu)中應(yīng)用方法不一:a) 對主驅(qū)動密封處加以水套，對其供給流動水體，進而起到降溫冷卻作用。（此方法一般用于無稀油潤滑系統(tǒng)盾構(gòu)中）b) 采用于大軸承齒輪嚙合稀油潤滑系統(tǒng)中，對油浴池內(nèi)油體進行循環(huán)冷卻降溫，保證大軸承及集中潤滑密封部位溫度不會過高。二、泡沫系統(tǒng)和膨潤土系統(tǒng)早期土壓平衡盾構(gòu)機適宜開挖的土壤范圍較窄，開挖土層環(huán)境惡劣，含砂量較高時，土體與土艙面板的摩擦力較大，造成刀盤扭矩增大

5、，刀具磨損較嚴重，螺旋輸送機排土困難,扭矩大；同時因施工土體自立性差，造成開挖面土艙壓力波動大，較難建立平衡，開挖面穩(wěn)定性差，容易造成坍塌；施工土體粘性大土體較多時，土體流塑性差，容易粘附于刀盤和土艙壁，產(chǎn)生堵艙現(xiàn)象，形成泥餅；施工選址在經(jīng)過開挖湖泊，或腹水豐富地層時，因土壤止水型差，經(jīng)常出現(xiàn)涌艙現(xiàn)象。所以盾構(gòu)引入了泡沫系統(tǒng)和膨潤土系統(tǒng)。1.加注泡沫和膨潤土的作用 a) 潤滑作用，氣泡包圍土體，減小土體與土倉面板的摩擦力，降低刀盤扭矩。b) 穩(wěn)定土艙壓力。因泡沫中的氣泡具有可壓縮性，能減 少土艙壓力的波動性。c) 改善土體流塑性，可降低或增大土體粘性，增加土體流動性。d) 阻水性，因氣泡填充了

6、土體顆粒間隙，使其滲透性減小，止水性增強。使用泡沫和膨潤土后，土壓平衡式盾構(gòu)對土質(zhì)的適應(yīng)范圍得以擴大，其設(shè)備造價降低、控制操作容易、使用場地減小、棄土處理方便等優(yōu)點有了更大的發(fā)揮余地。2.原理簡圖3.關(guān)鍵部件泡沫泵泡沫系統(tǒng)安裝在橋架左側(cè)平臺4.有關(guān)泡沫混合液，膨脹率，注入率泡沫混合液，膨脹率，注入率是泡沫使用的3個主要參數(shù)：a）膨脹率E=泡沫量/混合液量，0-25之間，一般取8-15；b）注入率I=泡沫注入量/開挖土方量，一般取5%-65%；c）所需混合液流量為： Ql=AVI/E， A-開挖面積，V-推進速度，d）壓縮空氣流量為：Qa=（E-1）Ql(P+1) ,P空氣支持壓力(相對壓力)，

7、一般取0.3Mpa 5.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 開啟泡沫存儲罐前方氣動球閥，啟動泡沫原液泵，按預(yù)定配比往泡沫罐生成泡沫混合液；從泡沫泵電機尾端觀察，葉片轉(zhuǎn)動方向為逆時針轉(zhuǎn)動； c) 開啟氣調(diào)節(jié)器，控制氣體流量，于泡沫發(fā)生器內(nèi)生成泡沫； d) 根據(jù)施工具體條件，合理選取全自動、半自動、手動三種模式。泡沫加注示意圖6.注意事項a) 開機前注意檢查泵上的減速機內(nèi)有無加潤滑油。 b) 開機前將進氣壓力調(diào)至5bar。 c) 開膨潤土泵前，必須先將與泡沫系統(tǒng)管路連接的球閥打開。 d) 對刀盤面板上泡沫路數(shù)進行標記，以達到泡沫注入路線的準確控制； e)

8、 根據(jù)地質(zhì)控制泡沫注入量，以改善渣土的和易性，防止刀盤結(jié)泥餅。 三、同步注漿系統(tǒng)盾構(gòu)施工中，隨著盾構(gòu)的向前推進，因盾構(gòu)盾尾外徑與管片外徑之間的差值將會在管片背后產(chǎn)生空隙（盾尾建筑空隙）。這一空隙若不及時充填則管片周圍的土體將會松動甚至發(fā)生坍塌，從而導(dǎo)致地表沉降等不良后果。為此必須采用注漿手段及時將盾尾建筑空隙加以充填。同時，背襯注漿還可提高隧道的止水性能，使管片所受外力能均勻分布，確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性。 1. 注漿的作用a) 防止盾尾空隙坍塌、土體松散和地表沉降b) 盡快穩(wěn)定管片環(huán)的形狀c) 防止隧道出現(xiàn)蛇形、擺動d) 抑制管片漏水鑒于注漿工作的特殊重要性，注漿工作的系統(tǒng)十分重要。砂漿在自

9、備設(shè)備的制漿站生產(chǎn)完畢，通過編組列車上的運輸罐車的貯漿罐車運至工作面，再將漿液輸入盾構(gòu)機配備的帶有攪拌器的貯漿罐中。跟隨盾構(gòu)機的掘進，由兩臺注漿泵經(jīng)外部注漿管路使?jié){液通過盾構(gòu)機尾部的暗置注漿管注入管片襯砌背后，達到填充盾尾空隙的目的。2.原理簡圖2. 關(guān)鍵部件注漿泵注漿泵四 壓縮空氣系統(tǒng)土壓平衡式盾構(gòu)供氣系統(tǒng)主要包括：1) 泡沫、泥漿系統(tǒng)中發(fā)泡系統(tǒng)用氣2) 人閘艙2級增壓系統(tǒng)用氣3) 土倉建壓，穩(wěn)定開挖面，維護、維修時用氣4) 驅(qū)動系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)中程控氣閥用氣5) 盾尾密封氣囊保護系統(tǒng)用氣6) 盾尾注脂泵驅(qū)動設(shè)備用氣。1.作用a) 為保壓系統(tǒng)供氣，以保證人艙壓力的穩(wěn)定； b) 為EP2、HBW

10、、盾尾密封油脂泵、污水泵、氣動球閥提供動力源； c) 對膨潤土進行攪拌，以防其凝固； d) 攪拌水罐內(nèi)添加劑，以防凝固； e) 為泡沫系統(tǒng)供氣，以產(chǎn)生泡沫，改善渣土性能； f) 為鉸接密封緊急氣囊供氣，以防砂漿、切削水土等倒灌； g) 預(yù)留用氣。2.各個系統(tǒng)所需氣體的區(qū)別 a) 注脂泵驅(qū)動用氣，氣動球閥用氣，盾尾氣囊用氣等，均為工業(yè)用氣，要求保障一定的壓力和流量。同時要通過分水濾氣器，壓力控制閥，油霧器等設(shè)備的調(diào)定。b) 人行閘，土倉平衡供氣系統(tǒng)，則為壓縮空氣，經(jīng)初步濾水，濾油等處理后儲存于儲氣罐內(nèi)。同時在氣罐出口，安裝可供人呼吸使用的高級濾芯二次凈化空氣后供給到使用處。中途只進行調(diào)壓處理。c

11、) 發(fā)泡系統(tǒng)可提供工業(yè)用氣，中途只進行濾水，調(diào)壓，調(diào)流量處理。3.原理簡圖3. 關(guān)鍵部件空壓機、儲氣罐過濾器4.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 啟動內(nèi)循環(huán)水泵，以保證空壓機冷卻供水； c) 啟動任意一臺空壓機，如有特殊需要，可以同時啟動兩臺空壓機；空壓機出口壓力為6.5-8bar； d) 所有氣動三聯(lián)件供氣壓力調(diào)至3-5bar，如需提高執(zhí)行機構(gòu)動作，可順時針調(diào)節(jié)旋鈕，增加供氣壓力，反之降低； e) 可從預(yù)留口引出氣，以供隧道使用； 5.注意事項a) 每次空壓機啟動時，要打開儲氣罐底部球閥，將儲氣罐內(nèi)底部積水排出，打開頻率為4次/天； b) 掘進時

12、，2臺空壓機交替使用，建議白班用1#空壓機，晚班用2#空壓機，以同時達到空壓機保養(yǎng)時間，避免浪費； c) 空壓機第一次使用時間為500h，二次保養(yǎng)后，使用時間為2500h； d) 氣動三聯(lián)件內(nèi)應(yīng)保持一定量的潤滑油，潤滑油選用液壓油即可，油位在2/3左右； e) 停機檢修時，應(yīng)拍下急停按鈕，待修復(fù)正常后，將急停復(fù)位。6.不同用氣系統(tǒng)的區(qū)別a) 注脂泵驅(qū)動用氣，氣動球閥用氣，盾尾氣囊用氣等，均為工業(yè)用氣，要求保障一定的壓力和流量。同時要通過分水濾氣器，壓力控制閥，油霧器等設(shè)備的調(diào)定。b) 人行閘，土倉平衡供氣系統(tǒng)，則為壓縮空氣，經(jīng)初步濾水，濾油等處理后儲存于儲氣罐內(nèi)。同時在氣罐出口，安裝可供人呼吸

13、使用的高級濾芯二次凈化空氣后供給到使用處。中途只進行調(diào)壓處理。c) 發(fā)泡系統(tǒng)可提供工業(yè)用氣，中途只進行濾水，調(diào)壓，調(diào)流量處理。 五 集中潤滑系統(tǒng)刀盤驅(qū)動密封由一道機械式迷宮密封、一道唇型密封（四唇型）三道MY型密封組成。集中潤滑系統(tǒng)采用自動連續(xù)給脂式，用泵經(jīng)過分配器連續(xù)的向刀盤驅(qū)動密封之間加注潤滑脂，加油脂采用壓力和時間控制，壓力優(yōu)先原則。在螺旋輸送機驅(qū)動密封處，中心回轉(zhuǎn)接頭處，砂漿罐等部分也充填具有一定壓力的EPO潤滑油脂。集中潤滑系統(tǒng)在給油脂回路中設(shè)置了發(fā)生異常時刀盤旋轉(zhuǎn)停止的報警系統(tǒng)。系統(tǒng)均配有時間繼電器和循環(huán)次數(shù)計數(shù)器或PLC可編成控制器進行自動監(jiān)控。單排主密封的水密性最高可達1Mpa

14、,本系統(tǒng)不僅可以起到密封作用，而且還潤滑刀盤主密封的摩擦表面，防止水和泥砂進入軸承腔。1.原理簡圖集中潤滑大軸承密封部分簡圖2.關(guān)鍵部件氣動油脂泵電動油脂泵（多頭泵）3.作用a) 潤滑、密封主驅(qū)動軸承； b) 潤滑螺旋輸送機軸承； c) 潤滑鉸接密封。 4.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 啟動內(nèi)循環(huán)水泵，確保其正常工作； c) 啟動空壓機、確保其正常工作； d) 啟動多頭泵電機；從電機尾端觀察，葉片轉(zhuǎn)動方向為順時針； e) 確認各油脂分配器工作次數(shù)是否滿足使用要求，即：主驅(qū)動外密封最少為13次/分、主驅(qū)動內(nèi)密封最少為10次/分、螺旋最少為4次/分

15、、鉸接密封最少為1次/分。 4. 注意事項a) 更換油脂桶時，必須保證油脂桶外形完整，防止變形難以更換； b) 保證更換油脂的清潔，不可將異物帶入到系統(tǒng)中； c) 油脂需使用我司規(guī)定的型號，若更換型號，需由我方技術(shù)人員確認； d) 保證多頭泵電機的工作環(huán)境清潔，以防止電機過早損壞； e) 定時、定量完成手動注入油脂； 六 HBW密封系統(tǒng)1.原理簡圖2.關(guān)鍵部件氣動油脂泵氣動球閥3.作用a) 密封主驅(qū)動軸承，為主驅(qū)動提供最外層的保護，以防土倉中水、砂土等進入到主驅(qū)動造成損壞； b) 集中潤滑系統(tǒng)采用自動間斷給脂式，用泵經(jīng)過分配器間斷的向刀盤驅(qū)動密封之間加注潤滑脂，加油脂采用計量控制。4.操作流程

16、a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 啟動內(nèi)循環(huán)水泵，確保其正常工作； c) 啟動空壓機、確保其正常工作； d) 保證同步馬達前氣動球閥打開； e) 調(diào)節(jié)氣動泵供氣壓力，保證同步馬達每個出口至少為20ml/min。 5注意事項a) 更換油脂桶時，必須保證油脂桶外形完整，防止變形難以更換； b) 保證更換油脂的清潔，不可將異物帶入到系統(tǒng)中； c) 油脂需使用我司要求的型號，若更換型號，需由我方技術(shù)人員確認。七 盾尾油脂密封系統(tǒng)1.原理簡圖2.關(guān)鍵部件 氣動球閥氣動油脂泵3.作用a) 盾尾油脂注入系統(tǒng)通過PLC程序控制，壓力傳感器檢測壓力，氣動球閥控制高壓管路來實

17、現(xiàn)其功能。b) 盾尾密封系統(tǒng)是采用三道鋼絲刷，雙室中注入油脂起到盾尾管片處與外界漿液層隔絕及潤滑的作用。c) 盾尾密封要求能承受0.3-0.4Mpa的泥水壓力而不漏。d) 盾尾密封脂都是采用機泵加入,因此盾構(gòu)機密封脂中最重要的性能即是泵送性和抗水密封性,另外還應(yīng)具有較好的粘附性。e) 盾尾密封在壓注油脂后，能耐水壓0.3-0.5Mpa，實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工況壓力而定。4.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 啟動內(nèi)循環(huán)水泵，確保其正常工作； c) 啟動空壓機、確保其正常工作； d) 手動模式：手動選擇油脂管路進行壓注油脂，當注脂點的壓力達到預(yù)設(shè)壓力值后，

18、壓注操作自動停止； e) 自動模式：以壓力傳感器監(jiān)測壓力為標準，自動循環(huán)強制定量注入，達到既定壓力自行停止。5.注意事項a) 更換油脂桶時，必須保證油脂桶外形完整，防止變形難以更換； b) 保證更換油脂的清潔，不可將異物帶入到系統(tǒng)中； c) 油脂需使用我司要求的型號，若更換型號，需由我方技術(shù)人員確認； d) 氣動控制球閥緊固螺絲需涂抹螺紋緊固膠，以防止其振動松掉。八 主驅(qū)動潤滑系統(tǒng)1.原理簡圖2.關(guān)鍵部件齒輪油輸送泵3.作用a) 軸承箱側(cè)壁設(shè)有油面指示計，透明膠管可觀察油液液面，液面過低可進行添加油液；同時，底部設(shè)有油溫檢測傳感器，設(shè)定油溫界限溫度； b) 冷卻齒輪油； c) 潤滑主軸承及減速機軸承，增加軸承壽命。4.操作流程a) 參照原理圖，確保工作管路球閥手柄打開，預(yù)留口球閥手柄關(guān)閉； b) 氣動齒輪油泵電機；從電機尾端觀察，葉片轉(zhuǎn)向為逆時針轉(zhuǎn)動；