φ2200泥水加压平衡顶管机的研制

巾2200泥水加压平衡顶管机的研制 孙峻 (上海隧道工程股份有限公司施工技术研究所 上海2|(XY233) 擅翼：根据上海合流污水二期工程l1标所处的地理位置和土质条件等情况，自行研制开发泥水加压平 衡顶管机。本文从工程的条件以厦泥水加压平衡项管的发展史、泥水加压项管机与其它项管工法 的比较等说明了开发泥水加压平衡顶管机的必要性，叙述了泥水加压平衡顶管的优缺点，着重叙 述了泥水加压平衡顶管的工法系统、设计特点、主要性能、技术参数、系统控制及监控等．详细 说明了泥水加压平衡顶管机结构特点和工作原理，泥水摹统的设计。 关悯：非开挖 项管机 污水管 研制 1前言 随着工程实践和地下工程技术的日益发展，人们对地下建筑的施工技术不断向更深的深度和广度 发展。根据SSI／1．1标的工程招标书中的要求和地质条件，经反复论证决定采用泥水平街式顶管进行施 工，这一技术在该类工程中的合理性和先进性已为广大地下工程技术人员所接受。在充分考虑了我们 的技术优势和施工能力的同时，综合考虑了我国在制造业中的弱点，决定自行设计泥水加压平衡顶管 机，并从日本太平洋株式会社引进了全套的泥水输送设备。经过工程实践，我们认为在江、河、湖、 海等靠近水源的场所采用泥水平衡顶管(盾构)兴建隧道工程．对提高工程质量和缩短施工周期有明 显的效益。具了解，该顶管机是我国第一台泥水平衡项管机(有别于泥水机械平衡项管机)，使我国的 泥水平衡技术从大型盾构移植到了顶管机中，也提高了我国该类顶管机的设计和施工装备的水平。 本课题由上海隧道工程施工技术研究所和隧道机械厂承担研究和设计。主要的研究内容和范围有： (1)论证泥水平衡顶管机对SSI／1．1标工程的适应性； (2)设计蛇200泥水平衡顶管机工具管； (3)设计泥水平衡系统； (4)顶进系统(主顶进装置，中继顶进装置)； (5)各部分液压系统设计： (6)电气控制系统设计。 经过各方的共同努力．完成了上述任务，在设备完成后，又经工程实践达到了预期的目标。 2设计依据 上海市污水治理二期工程台同SSII．1，标(过黄浦江倒虹管)。1996年8月。 2．1管线条件 (1)长度 l=610m×2 (2)坡度 i=0．0164．％ (3)覆土深度H=30rll 2．2地质条件 灰色砂质粉土夹牯±⑥：，沿程含砂质透镜体。 2．3选用顶管管节 (1)形式：F型钢套环．钢筋砼管节。 (2)尺寸：外径,2640mm 壁厚220inF／l 自重～120kN (3)轴向顶力：12000kN 内径,2200111111 长度300him 3顶管机的设计 ,2200mm泥水平衡顶管机是在消化吸收了过去土压平衡顶管机，泥水机械项管机，大型泥水平衡 盾构施工技术的基础上，结合本工程和本单位以及工程建设所处的水文地质条件而自行开发和设计的 新的顶管机形式。 该机型为泥水平衡顶管机，用泥水平衡的技术手段来稳定开挖面的土体．它适合本工程，具有控 制精度高、劳动强度低、施工安全和经济效益好的实用前景。 3．1泥水平衡掘进机的发展史 (1)泥水平衡盾构的发展 1884年英国的JamesH-Greathead发明了水压盾构，并MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1713540267389_3了专利。由于设计思想中试图采用清 水来保证开挖面的稳定，然而清水不可能支持开挖面上较大土颗粒．特别是砂和砾石等非粘性颗粒， 难以防止开挖面崩塌．因此未能实现。 自三十年代起，膨润土泥浆逐步在土木施工中得到广泛推广和应用，已用于钻孔工程和地下连续 墙等工程中，六十年代起开始设想用于泥水盾构，各国均进行了一些了研究。大致可分为： ①英国体系 1964年英国Mort,Hay和Anderson的JohnBartlett申请了泥水加压平衡盾构隧道掘进机原理(英 国专利号1083322)。英国国家研究和开发公司要求正确运用这种方法，并对这种方法研究给予财政上 的支持。1971年开挖直径4．1m、长140m的试验段，英国体系的泥水加压平衡盾构隧道掘进机与同类 德国体系相对照．它研制的特征是具有长槽的鼓轮状的切削头、提取来自压力室的泥浆有粗和细两套 分离装置、以及咀控制弃土出IZl压力(阀和泵)的方法维护开挖面的压力。由于当时英国缺乏能适合 促进着种技术的隧道工程，从而使充分开发这种技术的机遇受到了限制。 ②日本体系 日本工程师相信液体支护隧道开挖面的原理，他们称为“泥水盾构”，即泥水加压平衡盾构。1961 年三菱重工就制造过两台这种形式的掘进机。第一台施工一条外径约3．1m、长50m的隧道。第二台 盾构外径3m，作为一个顶管的掘进头施工。1970年国铁京叶线羽田隧道在运河下采用了7．29m的泥 水加压平衡盾构旌工。这台为建设东京羽田隧道而研制的这种体系的隧道施工(直径7．29m)，获得了 极大的成功，它是当时最大直径的泥水盾构。该工法引人注目。1974年发生了化学注浆的药液公害以 后，控制了注浆药液的种类．因此对不必采用化学注浆的泥水加压盾构又作了新的估计。1975年后， 该工法施工的工程数据增，到了1981年，用泥水加压平衡盾构法施工的工程数占盾构法施工工程总数 的1／3。 ③德国体系 德国Wayss和Fretag公司意识到膨润土技术所具有的潜在的发展前途，开发了同类的膨润土掘进 机，称为“液压盾构”，是泥水加压平衡盾构的一种款型。德国这种泥水盾构的支护液体的压力用插入 一个气缓层加以控制。用部分隔板将盾构前面压力仓分成两个部分．隔板前面充满着支护液，隔板后 面在盾构轴线上部的分隔室有一个自由液面。气缓冲层作用在支护液体上，即可用通常控制气压的机 构来保持所要求的液面压力。因此，支护液体面的顶端气压和支护液有相同压力，控制压缩空气就可 保证正确的液压。 12 1974年德国汉堡首次使用这种盾构开挖4．6km长污枣总管，并在欧洲城市的困难隧道施工中取得 了良好的应用。在大开罗污水工程中也曾使用这种泥水加压平衡盾构。 3．2泥水平衡颂管机与其它机型比较嘉迥竺 时格水力机械 土压平衡机械 据水平街机械项目—、 施工安全性 差 好 好 施工质量 一般(较难控制) 较好 很好 控制方式 人工(凭经验) 土压平衡自动控制 泥水平衡自动控制 沉降控制 难 较好 好 制备制作成本 低 较高 高 施工成本 低 一高 高 摘工周期 难确定 较长(间歇施q-) 较短(连续施工) 综合成本 低 高 较低 大 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 论证时，除上述三种机型外，着重比较了泥水机械平衡顶管机性能和施工的安全性。 泥水机械平衡顶管机是国际和国内较多采用的一种机型，其中以日本ISEKI(伊势机)株式会社的 Telemole机型为代表．国内也已引进开发了同类的项管机，并已有了施工的工程实例，但最大覆土深 度为15／11左右．经与日方交流后认为该机型最大平衡压力为137kPa，不能满足25m深覆土施工的安 全指标，泥水压力的不稳定，使其仅仅停留在机械平衡，泥水输送的现实上。 3．3泥水平衡顶管机简介 所谓泥水加压顶管是【三【在机械掘削式顶管前部的刀盘附近按装隔板，形成泥水压力室，将加压的 泥水送入泥水压力室，以谋求开挖面的稳定，同时将旋转刀盘切削下来的土砂以泥水形式用流体输送 方式输送到地面为特征的顶管工法。 在地面调整槽中，将泥水调整到适合地层地质状态后由泥水输送泵加压经管路送到开挖面泥水压 力室，泥水在稳定开挖面的同时，将刀盘切削下来的土砂作成浓泥浆，再由排泥泵经管路输送到地面a 被输送到地面的泥水，根据土砂颗粒的直径，通过一次分离和二次分离设备将士砂分离·脱水后 丢弃。分离后的水，经调整槽进行再次调整后，使其成为优质泥水，再次循环到开挖面。排出的土砂 量由捧泥量测定装置进行测定，由此来推测开挖面情况。对于顶管设备及一系列系统装置必须进行综 合管理。 泥水加压顶管工法是最适宜于用在开挖面难以稳定，滞水砂层，含水量高的松软粘土层及隧道上 方有水体的场合。其优缺点如下： 优点： (1)在不稳定的地层中当开挖面受阻时，由于采用泥水加压，能使开挖面保持稳定，确保 工程安全施工； (2)在水位以下的隧道．能够在正常大气压下旆工(无需气压)； (3)不会发生类似气压顶营那样的跑气喷发危险； (4)对于气压顶管无法施工的滞水砂层、含水量高的粘土层及高水压砾石层，泥水顶管都 能进行施工，其适应范围较广； 懵)因用管路排泥，故井下作业环境较好，作业人员安全性较高； (61可以分离出适合弃土场地和运输方式的含水率土砂。 缺点： (1)需要土砂分离装置．其设备费用高，占地面积大； (2)对于微粒粘土，需要凝聚刺。 泥水加压项管工法适合在下列场合掘进隧道： (1)在江，河，海，湖泊及运河等水体下的地层中建造隧道； (2)滞水砂，滞水砾石层及其它松散地层； (3)工区内同时出现冲积层土和洪积层硬土的两种土层； (4)滞水砂砾层和粘性土层的互层地层； (5)高水压层和高承压水层； (6)尽管砾石直径小，但砾石众多的场所。 3．4泥水平衡顶管机设计原则 (1)设计必须满足该工程建设的水文、地质条件。在确保安全的基础上力求做到顶管机施工性能 好，在地下管线内作业环境好，在确立其先进性的前提下考虑其操作的简便。 (2)由于巾2200mm项管机的内部空间较小，尽可能采用电机直接驱动刀盘。 (3)为降低泥水系统在由旁路切换到掘进状态时对开挖面土体的扰动，应采用可关闭的刀盘装置。 (4)尽可能采用成熟技术和设备，以 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 元器件作为优选对象，以便于成套，提高设备的完好率， 提高施工时的生产率。 (5)使用性能和主要技术指标达到国际同类顶管机的先进水平。 3．5泥水加压平衡顶管工法系统 泥水加压平衡顶管工法的最大特点之一，是该工法在稳定开挖面的同时，把顶管顶进，土体切削． 土砂输送，分离砂土，处理砾石，顶管设备运输状况及开挖面状态等各方面的作业情况作为一体进行 综合管理，为了便于说明现将其分成以下五个系统加以论述： (1)顶进系统(机头、中继顶、主顶进) (2)综合管理系统 (3)泥水加压、循环系统 (3)泥水分离处理系统 (5)砾石处理系统(未采用) 以上所作的这些系统划分，只是相对的，由于各个系统都有着密切的关联，所以可能在以后各部 分的叙述中会有许多重复。 项进系统包括泥水加压的顶管机工具管(包括使其运转的动力设备)，中继顶进装置及主顶进装置。 3．6设计特点 在具有旋转刀盘的机械掘削式顶管机前段内安装隔仓板。将循环的泥水充填前部泥水压力室，并 对开挖面进行加压。旋转刀盘的形式有两大方式：即周边支承方式和中心支承方式。 本次设计采用中心支承方式．工具管为二段一铰式，刀盘支护开挖面，中心轴支承刀盘及刀架， 电动机直接驱动中心轴及刀盘、刀架，中心轴油缸控制刀架及刀盘的进退；刀盘以后，泥水仓前的部 分为泥水仓，其容积约为4m3。 (1)所有设备按0．35MPa设计计算，适应深覆土顶管隧道施工； (2)适用地层范围广泛，可在上海地区各种地层中施工： (3)可关闭的刀盘、刀架系统有效地控制泥水的渗漏速度，同时可降低泥水切换时对正面土体的 扰动： (4)电动机直接驱动降低了损耗，磁j盼离合器可有效控制最大输出扭矩： (5)中心轴油缸油压直观反映开挖面压力情况，便于控制泥水压力、顶进速度，保证整个开挖面 均衡出土； (6)能轴向移动和旋转的中心轴直观地反映刀盘和刀架的进给量和切削速度，便于施工控制； (7)采用集散控制原理，体现指挥权集中，控制权分散的原则。 14 4．主要性能与主要技术参数 4．1．主要性能 适用地层：满足在软弱粘性土、 覆土深度：垫Om 轴向顶力：1200kN 平衡方式：泥水加压平衡 纠偏灵敏度；IⅡ)兰1 硬质粘性土、松散砂质土、密实砂质土、砾石土中施工； 工具管外形尺寸：帕660X4310～4370mm 4．2．主要技术参数 (1)工具管 刀盘 最大扭矩：277kNm 转速：1．516r／rain 最大移动量：25null 中心轴 最大移动量：95mill 最大平衡力：2050kN 纠编装置 千斤顶数量：8台 最大推力：90kN 最太纠偏角度：±1．80 (21中继顶进装置 油缸数量： 24台 额定推力：10000kN 最大推力：12000kN (3)主顶进装置 电机 型号：Y200L1—6 转速：n=970r／rain 油泵 型号： 25SCYl4--1B 流量：25l_／min 油缸 形式；双行程等推力 行程：3500mm 顶进速度：笛0mm／min 最大推力：11640kN 最大油压：31．5MPa 顶进速度：0～50nllil,／min 开挖方式：大刀盘切削 出土方式：泵送管道输送 工具管功率：口4950kW； 工具管总重量：～3200kg 额定扭矩：194kNm 驱动电机功率：22kWX2 油缸最大压力：32MPa 最大平衡土压范围：0～368．8kN／m2 最大压力：32MPa 纠编行程：60衄 额定压力 最大压力： 顶进行程： 26hIPa 32^旺，a 0～300mm 功率：18．5kW" 工作压力：32MPa 数量：6台 最大推力(单台)：1940kN 额定推力：10000kN 最大油压：27MPa s泥水平衡项臂机的结构特点及工作原理 5．I泥水平衡顶营机总体构造(图1) ． 本机的整套设备主要由项管机工具管(又称主机)、中继顶装置、主顶装置(又称后顶装置)、泥水 平衡系统和泥水处理系统等五太部分组成。 (1)工具管(主机) 工具管为二段一铰的钢结构圆筒，圆筒分为前段壳体和后壳体两节，工具管分别由前段壳体、后 段壳体、滑动部位密封、纠偏装置及千斤项、大刀盘、刀架、泥水筒舱、刀盘驱动装置(中心轴、齿 轮减速装置、驱动电机等)、止转装置、以及泥水管路、液压系统等主要构件和配套件组合而成。 1)工具壳体：由前段壳体和后段壳体等主要焊接件连接而成。首先，工具管壳体是泥水筒舱、中 心驱动装置、纠偏装置的支承体；其次，前段壳体和刀盘问有很高的密封要求．同时要承受0．35MPa 以上的泥水压力，因此该部件的焊接及金属加工的要求很高，焊缝均需有检验措施。 2)刀盘驱动装置：由刀盘、刀架、泥水筒舱、刀盘轴承、土砂密封装置、中心轴、大齿轮、动力 装置、中心轴油缸等主要部件组成。 ①刀盘与刀架 刀盘由面板、周边切削刀、进土槽、刀盘盘体、副刀等组成，刀架由刀架体、剪块、主刀等组成。 机械掘削式顶管机中的面板，在通过泥水加压的同时支护开挖面是它的重要机能，因此面板开口 的宽度，形状及大小等至少能满足除掉砾石和障碍物，并要有良好的耐磨性和耐腐蚀性，本次设计在 面板上采用耐磨焊材作网状堆焊。 刀齿是采用在母材上焊接超硬台金钢的材料，要求母材耐磨性能高，焊接性能好，现选用的材料 为YG8，为让刀头能左右旋转时同时使用．设计将刀头安装成左右对称型，即安装在刀架的两侧，以 满足使用。 前视图 圈1顶f机总体缋相圈 后视图 刀盘进El槽位于刀架与面板之间，其宽度一般是根据最大砾径来决定的，但参照泥水盾构工法的 介绍，如果只有少量的砾石，那么适合最大砾径的宽度的未必最适合的．希望在考虑开挖面稳定的同 时，尽可能选择最小的开口槽，本顶管机中开口槽的轴向问距为70mm。 在顶管掘进处于停止状态或开挖面处于不稳定状态时，需要关闭开口槽。刀盘的开口槽关闭装置 的构造形式主要有挡板式、滑板式、转板式、橡胶板压着式、百叶门式。本次设计中采用的是挡板式 的改进型．一般的挡板在一定位置上，由千斤顶从后面隔板处将挡扳伸向刀盘、关闭切削刀盘开口槽， 这种形式已广泛使用，但只能用于中心支承式刀盘，使其做到全开或全闭，但不能半开或半闭。 本设计中，刀盘位于刀架的后方，刀盘通过前套与中心轴通过花键联接，并可在中心轴上滑动， 刀盘上有十字形进土槽四条，面积约占刀盘面积的20％，刀架固定在中心轴上，随中心轴的移动的而 运动：在掘进施工时，最大轴向移量为95mm．并通过结构处理可与刀盘间产生70mm的轴向间隙， 使开挖面的土体由刀架与刀盘的间隙进入泥水舱，并通过刀架及搅拌棒的搅拌，形成匀质的泥水，由 渣浆泵捧出。在停止掘进施工时，千斤项从后面通过中心轴将刀架拉向刀盘，然后带动刀盘向后回缩 封闭与壳体间的问隙，有效地防止泥水的渗漏及开挖面的土体坍塌。 由于刀盘位于泥水仓的前端，一旦发生故障，将对施工造成灾难性的损失，同时，由于此次刀盘 和刀架问采用的是花键连接，内外花键间存在相对滑动，这种连接形式较少采用，也缺乏设计理论和 可比形式，因此，为提高设计的可靠性和安全度，运用了有限元的方法对刀盘、刀架进行了强度计算， 为该部件的设计提供了较精确的理论依据。 ②泥水筒舱：泥水筒舱的设计按承压0．4MPa计算，且带有主轴承和动力装置的前支承，对其焊 接和金属加工的要求也很高。 @中心轴：是整个项管机的心脏，起支承刀盘、刀槊、将动力装置产生的切AⅡ扭矩传递到刀盘， 承受刀盘所受到的土体压力，井在中心轴油缸的驱动下带动刀盘、刀架作轴向的运动，采用40Cr锻件 进行加工。 ④刀盘轴承；采用径向滑动轴承承受径向力，采用一对推力调心滚子轴承承受轴向力。 @土砂密封：土砂密封使用齿唇密封。从齿间注入油脂，并设定高于泥水压力的油压10一20kpa， 以防止泥水的渗入。 ⑥中心轴油缸：需产生足够的推力，使刀盘克服正面土体压力，方能使刀盘打开，自行设计了缸 径为400mm、接力可达2050kN的大壹径油缸，彳亍程为130mm。 ⑦动力装置：采用两台22kW的电动机直接驱动，并采用两台型号为ZKA-45AT的磁粉离合器 分别带动两台速比i=125．8的行星齿轮减速机，通过磁粉离合器可有效地控制电动机的输出扭矩，对 大齿轮、中心轴、刀盘等设备进行保护，同时．减产少油马达驱动时需要的动力泵站，降低了能量损 耗。 ⑧纠偏装置：采用8台高压油缸分成四组组成．相邻两组工作，当机头轴线发生偏差时，通过编 组油缸的伸缩来改变机头的姿态，达到对轴线进行纠偏的目自。 (2)中继顶进装置 中继顶进装置在顶管旌工过程中，主要是为中继接力所用。中继顶进装置分外壳、内壳两部分， 顶进油缸沿圆环均布在钢内壳中，自备液压动力泵供给压力油进入环形总管，总管设置在中继顶进装 置中的顶进油缸缸底处。两个环形总管的油经分管接头的高压软管进到油缸目r后胜，此时油缸即伸或 缩。两环形总管上分别有一个总的进、出油口与液压动力泵站的进、出油管管路相应连接。当中继顶 进装置工作时，电动机带动油泵工作，同时先导式溢流阎通电(先导式溢流阔为常开式)．系统建立压 力，压力油进入油缸后腔，活塞杆顶出，活塞杆推动中继顶外壳，当推出至设定的行程后．接触行程 开关，使先导式溢流阀失电。活塞杆行程终止。然后依靠主顶进装置的推力，将内壳推入外壳内，恢 复初始位置．完成一个顶程。 17 (3)主顶进装置 主顶进装置的主要功能是完成管节的顶进。该装置由底座、油缸组、项进头、V型顶铁、钢后靠 及液压动力泵站等组成。 1)底座 底座主要起承载顶管机主机，中继项进装置和管节之用。底座分前、后两段，前段长5000mm， 后段长2500toni。前后底座用螺栓联结成一个整体，总长7500mm。为了便于吊装，前后底座可分别 吊入工作井、再行拼装。底座设有两付轨道：外侧轨道作为顶进头行驶用，内侧轨道作为顶管机主机、 中继顶进装置、管节的承载及导向之用。底座分别设有lO只垂直支撑和12只水平支撑，通过旋转螺 杆，垂直支撑可以调整底座高度，调整后需在底座下面垫实型钢或浇注混凝土；水平支撑调整底座平 面位置，水平支撑与井壁撑实后，可防止底座的水平位移。垂直支撑和水平支撑分别安装在各自的支 撑座上。为了便于运输，支撑座做成拆卸式，只要打入定位销和紧固螺栓之后．支撑座便可安装于底 座上。 2)油缸组 由6只油缸分两组，各3只．呈对称分布，并用分体式结构的支座固定。油缸组中心跨度L-2200 mm，中心高度洞中以下一150mm，工作行程为3500mm，最大行程可达3500Inm，一般不宜伸足。 3)顶进头 顶进头由顶环和顶座组成，顶环用螺栓固定在顶座上，顶座底部设置4只滚轮，可在外侧轨道上， 往复运行。顶进时．顶环紧贴管节尾部，传递油缸活塞杆的推力，使管节受力均匀。在顶座的上方设 有两根6”钢管，两端焊有法兰，作为进排水通道。施工时，可在两端分别接上带有法兰的胶管，并 与管节内的泥水管道相连，使之贯通。高压水管通过项进头进入入前方工作面，泥水管也从顶进头窜 出至工作井外，这样可阻减少拆卸管路的次数，便于施工。 4)钢后靠 重要承受顶进时的阻反力，并通过后靠上的木板，将反力均匀地传递井壁。后靠底部装有～副活 络底脚，运输时可拆卸，到现场再装配。后靠的受力区域设有加强筋，安装时尽可自＆对准油缸尾部。 5．2泥水平衡顶管机的工作原理 工具管在正常作用前．即(图1)中所示位置刀盘盘体与壳体接触．泥水仓处于密闭状态，可达 到延缓泥水压力泄漏，并在泥水旁路切换大循环时．泥水压力的波动对开挖面的振动降低到最小，待 泥水仓中压力稳定后，启动中心轴动力泵站带动中心轴及刀架向前运动，使刀架与刀盘分离，在二者 之间形成四条70nlm的进土间隙，并由中心轴及刀架的继续伸出带动刀盘盘体的运动，使之与壳体保 持一定的距离，此时机头即处于待工作状态，启动刀盘电机，通过第一级减速(150K行星齿轮减速机)． 其出轴上的小齿轮带动中心轴上的大齿轮(即第二级减速I=131117)最终带动刀盘及刀架以±1．516r／nlin 转动(可正反转)切削土体。 一般施工顺序： ①启动Pl泵，打旁路至压力稳定； ②打开v，、v2、(v5)阀，并同时关闭u、v4阀打大循环，至压力稳定； ③启动电磁溢流阀(总阀)开关至中心轴油缸处； ④启动主机(工具管)动力泵站； ⑤开启主阀(即电磁溢流阿)．系统建立压力； ⑥将中心轴油缸电磁换向阀置于刀盘“伸”的位置，此时中心轴油缸推动刀盘，刀架前进： ⑦刀盘刀架到达设定位置后分别启动主机驱动装置中的两台电机，运转稳定后，同时台上两台磁 粉离合器； ⑧主顶进或中继顶进装置开始工作。 6泥水系统设计 泥水系统包括泥水输送(平衡)系统和泥水处理两大部分。 6．1泥水输送(平衡)系统 该系统具有两大功能：一是通过加压的泥水来平衡开挖面的土体，二是将刀盘切削下来的土体在 泥水舱中混合后通过泵送经泥水管路输送到地面。 该系统采用一台送泥泵(Pl泵)；三台排泥泵(P2、P3、PE泵)；一台切口水压保持泵(PH泵)； 控制泥水舱与泥水管路的通断状态的气动控制润MVI～MV3；控制顶管机在顶进、停止、旁路时泥水 管路内部泥水流动方向的气动阀VI～V5；紧急排放阀VE(当泥水舱内压力大于设定值时自动打开)。 6．2泥水处理系统 该系统的主要功能是通过泥水处理设备的处理后，将泥水的比重和粘度等指标调整到比较合适的 值，通过泵将其送到顶管机中使用，同时，将排泥管排放的泥水进行分离，将可重复利用的粘性颗粒 送入调整槽中处理后加以利用，其余部分做弃土处理。 该处理系统主要采用调整槽，清水槽，粘土溶解槽，泥水沉淀池，使用两台100RV-SP液下泵， 一台3PN泵，两台潜水泵，一台管道泵和一台6-4D-AH渣浆泵。 江中的潜水泵，将水送入清水槽，供粘土溶解槽和调整槽使用。在调整槽中设搅拌装置，使泥水 均匀。沉淀池中的液下泵，将沉淀后的泥水送入调整槽中调整．以获得合适的物理性能，粘土溶解槽 可以搅拌膨润土和CIVIC化学浆糊．经一定时间的溶解和储存后送入调整槽中使用。 7电气系统设计 7．1系统控制 整个系统由顶管机系统(包括机头、中继顶、主顶进)、泥水输送系统、泥水处理系统三大部分组 成。 顶管机的控制包括机头控制、顶进控制、泥水控制和姿态控制(纠偏)。机头控制和姿态控制为单 动控制．有联锁功能．顶进控制分单动和连动两个状态；连动控制时。又可分为顺痔控制和编组顺序 控制。 泥水输送系统的控制分单动和连动两个状态，一般为连动控制。连动控制时．可分为。旁路”、“掘 进”、“逆洗”、“停止”四个工作状态，进行切换工作。 泥水处理一般为单动控制。 项管机系统、泥水输送系统、泥水处理系统的控制是相对独立的，要完成各系统的控制要求，需 要控制施工过程中的各种物理模拟量和状态开关量。 “)要检测的模拟量有： ①工具管中有：泥水舱泥水压力、刀盘驱动电机电流、刀盘转速、机头倾斜度和转角、纠偏千斤 项行程、中心轴行程、液压动力泵站的油压力、中心轴油缸的油压力。 ②中继项和主顶进装置中有：各液压动力泵站的油压力、顶进千斤顶的行程a ③泥水系统中有：送腓泥水流量、ii皇，排泥水密度、送肿泥水管道压力、备变量泵(P1泵、P2泵、 PH泵)的转速、各变量泵(Pl泵、P2泵、PH泵)的电流。 (2)要检测的开关量有：各电动机的运行和停止、各泥水泵的运行和停止、泥水阀的开启和关闭、 各类千斤顶的“伸”和“缩”(包括“伸足”和“缩足”)等。 1 7．2系统监控 系统监控体现指挥权集中，控制权分散的集散控制原则。 (1)根据系统的控制特点，采用两个监控分系统分别对顶管机和泥水输送系统进行监控-并通过 19 一台数据采集管理计算机组成一个完整的监控系统。 主控制机采用三菱公司模块化结构的ANS微型化新一代PLC控制器。 管机监控分系统有一台主PLC控制器和一台图象操作终端机组成主机，六个被监控的远程终端。 网络通信采用MELSECNET／B网络。 PLC数字量输入点：204点；输出点：176点 模拟量输入数：柏路；输出数：无 泥水输送监控分系统基本同顶管机监控分系统相同。网络通信采用MELsEcN咖网络。 PCL数字量输入点：416点；输出点：416点 模拟量输入数：36路输出路：8路 (2)管理计算机采用工业型控制机(IPC·M500S) 管理计算机有多个画面供选择，能系统反映全部施工参数；管理计算机具有全汉字处理功能，所 有画面、报表能实现汉字显示；有数据显示功能、数据保存功能、数据处理功能和数据设定功能。 整个系统采用图象操作终端机(触摸屏)操作，有10个画面供操作人员进行选择。整个操作方 便、直观。 8结束语 通过啦200泥水加压平衡顶管机的研究开发．并经工程实践检验，掌握了一定的泥水平衡的理论 及实践经验，为我国自行设计大型据水平衡盾构获得了大量的设计和施工参数。 泥水平衡顶管机设计构思新颖、结构合理，机头采用中心支承，刀盘采用中心驱动，并具有前移 滑动和回缩密封功能，能有效防止泥水渗漏和土体坍塌．适用全断面砂质粉土的掘进施工。 泥水系统设计在消化吸收011．22m泥水加压平衡基础上。采用泥水加压平衡机理科学计算．确定 送、排泥流量、浓度、流速、合理选用泥水泵型号和扬程。泥水平衡系统通过气动球阀控制泥水管路 在停止、旁路、推进、逆洗状态时的动作。 顶管机控制系统先进，中继顶进有编组联动控制程序；泥水输送系统具有时序和逻辑控制功能。 顶管机系统、泥水输送系统和处理系统的控制通过计算机进行数据采集、数据管理，组成一个完整的 监控系统。系统采用模块化结构，均采用ANS和微型PLC控制器；管理计算机有多个画面可供选择· 能系统地反映各项旌工参数，运用触摸屏进行操作。 tp2200rm泥水平衡顶管机的成功应用，标志着我国的顶管技术进入了世界先进行列，同时为泥 水平衡技术运用于自行设计的泥水平衡打下坚实的基础。 ’考壹科 [1】汪德珍：《泥水加压平衡盾构工法》 [2】项兆池、傅德明：《泥水平衡盾构旅工技术》 [3】顾德琨：《泥水加压平衡顶管电气系统设计》 TheDevelopmentoft2zooSlurryPipeJackingMachine Abstract．．Thispaperbrifelyintroducesthedevelopmenthistoryofslurrypipejackingmachine,describesits advantagesanddisadvantages,andexplainsintdetailthecharacteristicsof啦2∞slurryp枷jacking machine．I却SunjⅡn} Keyword．"TrenchlessTechnology,PipeJacking,Sewer,Development φ2200泥水加压平衡顶管机的研制 作者： 孙峻 作者单位： 上海隧道工程股份有限公司施工技术研究所(上海) 本文读者也读过(10条) 1. 黄均龙.冯崇翊 我国土压平衡式顶管机的发展与应用[会议 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-2003 2. 窦斌.蒋国盛 用顶管机和卷扬机进行非开挖铺管施工[会议论文]-2000 3. 邓洪超.林琳.Deng Hongchao.Lin Lin 全断面掘进顶管螺旋翼刀盘主结构参数的优化分析[期刊论文]-工程机械2008,39(12) 4. 黄均龙 大刀盘电机驱动土压平衡顶管机[会议论文]-2003 5. 陈晓武.李建斌.周少奇 顶管机刀盘的选型及其在广州石井河截污工程中的应用[期刊论文]-贵州环保科技2003,9(3) 6. 魏学强 顶管机导向系统SLS-RV——为长距离及曲线顶管隧道的掘进提供导向[会议论文]-2004 7. 顾国明.葛金科 φ1350mm泥水平衡顶管机的设计制造与使用[会议论文]-2004 8. 姜福国.高林渊.吴宁.文登 SH-308型螺旋式小口径顶管机的应用[期刊论文]-西部探矿工程2001,13(z1) 9. 安关峰.施建华.黄仕元 日本ISEKI顶管机[期刊论文]-施工技术2001,30(11) 10. 樊世群.韩旭 DK式顶管机选用与使用故障的排除[期刊论文]-筑路机械与施工机械化2006,23(7) 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Conference_3104526.aspx