大型泥水平衡盾構(gòu)機(jī)接管器系統(tǒng)

朱敏明

（上海盾構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究中心有限公司，上海 200137）

1 引言

泥水盾構(gòu)接管器是國(guó)家863項(xiàng)目大型泥水平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)越號(hào)的配套系統(tǒng)，主要完成對(duì)泥水管路的接管任務(wù)，在泥水盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，需要不斷將泥水管路接長(zhǎng)，才能將調(diào)制好的泥水輸送到前方的盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，使得盾構(gòu)能夠正常推進(jìn)。由于要不斷重復(fù)接管這樣一個(gè)復(fù)雜而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工序，對(duì)整個(gè)盾構(gòu)推進(jìn)有非常大的影響，因此，一個(gè)快速、準(zhǔn)確、可靠的接管器對(duì)盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)起著至關(guān)重要的作用，為泥水盾構(gòu)施工奠定基礎(chǔ)，同時(shí)加快將泥水盾構(gòu)國(guó)產(chǎn)化的腳步。

泥水盾構(gòu)接管器現(xiàn)用于上海世博會(huì)園區(qū)打浦路隧道復(fù)線(xiàn)的施工，施工進(jìn)展非常順利，沒(méi)有事故及故障發(fā)生，在短短幾個(gè)月的時(shí)間，隧道已經(jīng)順利貫通，這更能從工程的應(yīng)用上反過(guò)來(lái)證實(shí)泥水盾構(gòu)接管器的成功性和適用性。因此，本文將詳盡敘述泥水平衡盾構(gòu)接管器系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)。

2 泥水盾構(gòu)接管器的原理

泥水盾構(gòu)接管器是通過(guò)塞頭的控制，將泥水管路堵塞及疏通的交互替換從而實(shí)現(xiàn)對(duì)泥水管路的控制，在接管時(shí)，將塞頭打進(jìn)泥水輸送管，在管路堵塞的情況下將管子斷開(kāi)，將盾構(gòu)機(jī)車(chē)架上的軟管收起，同時(shí)啟動(dòng)接管器跟隨小車(chē)，然后將另一端進(jìn)行接管，接管完成后將塞頭打出，管路恢復(fù)通暢。接管完畢后將原來(lái)的管路恢復(fù)，完成一次接管任務(wù)。改變了原來(lái)傳統(tǒng)接管操作中將管內(nèi)泥水排放在隧道內(nèi)的作法，而是控制相應(yīng)的水泵、閥門(mén)的狀態(tài)，將泥水排放到泥水回收裝置中并加以再利用，從而在可控的條件下完成接管操作，既保護(hù)了作業(yè)環(huán)境，為文明施工創(chuàng)造了條件，又可提高泥水回用率，降低施工成本。

3 泥水盾構(gòu)接管器的設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)接管器的工作原理，設(shè)計(jì)并制作如下結(jié)構(gòu)。

圖1 泥水盾構(gòu)接管器一

在正常掘進(jìn)時(shí)，V1閥打開(kāi)，V2閥關(guān)閉，泥水流向如圖3所示，接管器工作時(shí)必須接到輸送系統(tǒng)的接管指令，泥水正常輸送時(shí)的狀態(tài)如圖3。

圖3 接管流程圖1

在接管器接到輸送系統(tǒng)的接管指令后，V2閥打開(kāi)，將塞頭一直往右打，直到塞頭進(jìn)入設(shè)定位置為止，如圖4。

圖4 接管流程圖2

最后，V 1閥和V 2閥同時(shí)關(guān)閉，在法蘭處管路斷開(kāi)，小車(chē)前移，將泥水管路接長(zhǎng)，達(dá)到接管的目的，如圖5。

圖5 接管流程圖3

待接管完畢后，將全部閥門(mén)打開(kāi)，塞頭打回原來(lái)位置，最后V2閥關(guān)閉，如一開(kāi)始圖3狀態(tài)，泥水管路恢復(fù)正常，給出接管結(jié)束指令，盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)掘進(jìn)。

3.2 電氣設(shè)計(jì)

接管器系統(tǒng)的 PLC控制系統(tǒng)采用三菱 Q系列PLC模塊，其型號(hào)為 Q02HCPU，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)。利用其實(shí)用性、分散性方面的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn)，提高試驗(yàn)平臺(tái)的控制水平。其監(jiān)控系統(tǒng)的模塊網(wǎng)絡(luò)如圖6。

圖6 泥水盾構(gòu)接管器PLC模塊網(wǎng)絡(luò)圖

電氣設(shè)計(jì)主要分為控制箱柜、PLC程序和人機(jī)界面。

（1）控制箱柜

接管器的控制箱柜主要由電氣元器件按照設(shè)計(jì)原理圖正確接線(xiàn)，箱柜防護(hù)等級(jí)IP54，其原理主要是PLC的I/O和A/D模塊的互相轉(zhuǎn)化，通過(guò)PLC進(jìn)行計(jì)算從而加以控制，功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程+就地，其中PLC、觸摸屏及通信方式如圖7。

圖7 控制系統(tǒng)連接方式圖

（2）PLC程序

PLC控制程序具有其多樣性，本接管器系統(tǒng)采用五個(gè)步驟：初始化、通信、邏輯控制、計(jì)算、顯示及報(bào)警。

PLC軟件使用GX Developer編程軟件，由日本三菱公司開(kāi)發(fā)，其CC-LINK參數(shù)設(shè)置如圖8。

圖8 CC-LINK參數(shù)設(shè)置圖

（3）人機(jī)界面

接管器控制系統(tǒng)的人機(jī)界面采用 GT Designer2編程軟件，同樣由日本三菱公司開(kāi)發(fā)，通過(guò)三菱A985GOT系列觸摸屏來(lái)進(jìn)行監(jiān)控，由Q-BUS總線(xiàn)形式通信，穩(wěn)定、可靠，控制界面主要分三個(gè)監(jiān)控畫(huà)面，分別是接管總圖、數(shù)據(jù)設(shè)定、和報(bào)警圖，利用觸摸屏遠(yuǎn)程控制操作，如圖9。

4 結(jié)論

接管器系統(tǒng)能夠快速、高效地完成對(duì)泥水管路的接管工作，是泥水平衡盾構(gòu)泥水輸送系統(tǒng)不可或缺的分系統(tǒng)，在實(shí)際工程中應(yīng)用良好，使打浦路隧道復(fù)線(xiàn)順利貫通，以實(shí)踐證明本系統(tǒng)獲得成功。

[1]上海市土木工程學(xué)會(huì), 上海隧道工程股份有限公司主編. 大直徑隧道與城市軌道交通工程技術(shù)—2005上海國(guó)際隧道工程研討會(huì)文集, 上海, 2005.