王穎

北方重工集團(tuán)有限公司盾構(gòu)機(jī)分公司質(zhì)量部 遼寧沈陽 110141

0 引言

盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)隧道挖掘機(jī)的簡稱，廣泛應(yīng)用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程建設(shè)，具有自動(dòng)化程度高、施工速度快、一次成洞的特點(diǎn)。盾構(gòu)機(jī)針對(duì)各自的地質(zhì)條件進(jìn)行獨(dú)特的設(shè)計(jì)制造，將巖土、光學(xué)、機(jī)械、電氣電子、液壓、真空技術(shù)、傳感信息技術(shù)、PLC 程序邏輯控制等完美地結(jié)合起來[1-2]，形成了土體的切削開挖、渣土輸送、隧道襯砌拼裝、測量導(dǎo)向糾偏等功能，并實(shí)現(xiàn)了地面監(jiān)控室對(duì)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。針對(duì)作業(yè)環(huán)境的不同，盾構(gòu)機(jī)又分為土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)（密封式）、泥水盾構(gòu)機(jī)（密封式）、硬巖盾構(gòu)機(jī)（敞開式）等不同類型。本文針對(duì)北方重工集團(tuán)有限公司盾構(gòu)機(jī)分公司開發(fā)的NTU039 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各分系統(tǒng)功能等進(jìn)行具體分析。

1 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理

NTU039 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是北方重工集團(tuán)有限公司盾構(gòu)機(jī)分公司針對(duì)用戶需求進(jìn)行定制開發(fā)的大型裝備，總長度106m，盾體長9.8m，后配套長96m，主驅(qū)動(dòng)總功率960kW，轉(zhuǎn)速范圍0 - 3.25rpm，最大推進(jìn)力42000kN@345 bar; 最大掘進(jìn)速度可達(dá)100mm/min。下面結(jié)合NTU039土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，說明土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的工作原理[3]。

NTU039 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是利用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝在盾構(gòu)機(jī)前面的全斷面切削刀盤，同時(shí)開啟盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸，將盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)。隨著推進(jìn)油缸的推進(jìn)，刀盤持續(xù)旋轉(zhuǎn)，被切削下來的土體進(jìn)入刀盤后面的開挖倉內(nèi)，并使倉內(nèi)具有適當(dāng)壓力與開挖面水土壓力平衡，以減少推進(jìn)對(duì)地層土體的擾動(dòng)，從而控制地表沉降，出土?xí)r由安裝在開挖艙下面的螺旋運(yùn)輸機(jī)的上排土口連續(xù)地將渣土排到皮帶輸送機(jī)上，再經(jīng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)送到隧道內(nèi)的服務(wù)車上，通過豎井運(yùn)到地面。螺旋運(yùn)輸機(jī)是靠轉(zhuǎn)速控制來掌握出土量，出土量要密切配合刀盤的切削速度，以保持開挖倉內(nèi)始終充滿泥土而又不至于飽滿。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一環(huán)的距離后，管片拼裝機(jī)操作人員操縱拼裝機(jī)，進(jìn)行單層襯砌管片的安裝，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，啟動(dòng)同步注漿系統(tǒng)，漿液注入隧道管片與土層之間的環(huán)隙中，穩(wěn)定管片和地層，使隧道一次成型。

2 NTU039 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)

盾構(gòu)機(jī)由刀盤、盾體、主驅(qū)動(dòng)、保壓人艙、管片拼裝機(jī)、螺旋排土機(jī)構(gòu)、后配套裝置、電氣系統(tǒng)、輔助設(shè)備組成[4-5]。

2.1 刀盤

刀盤是盾構(gòu)機(jī)上直徑最大的部分，分布著中心滾刀、滾刀、刮刀、邊緣刮刀、撕裂刀、中心撕裂刀、周邊保護(hù)刀，依據(jù)土質(zhì)的軟硬選擇不同刀具。在不同的切削半徑上，安裝了具有磨損檢測功能的刮刀，當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度，里面的壓力油噴涌而出，壓力傳感器的壓力由5bar 降為0bar，提醒操作者停機(jī)更換刀具。所有刀具與焊接在刀盤輻條、輻板上的刀座采用螺紋連接，可在開挖倉中進(jìn)行更換。刀盤的外側(cè)裝有仿形刀，在盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)向掘進(jìn)時(shí)，仿形刀油缸使仿形刀沿刀盤徑向方向向外伸出，擴(kuò)大開挖直徑，易于盾構(gòu)機(jī)的轉(zhuǎn)向。刀盤法蘭板的后部安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭，通過旋轉(zhuǎn)接頭將泡沫、磨損檢測刀壓力油、仿形刀壓力油、潤滑脂輸送到刀盤面板的泡沫噴射口、磨損檢測口和仿形刀。

2.2 盾體

盾體由前盾、中盾和尾盾三個(gè)筒體組成，外徑6780mm。前盾上焊有承壓隔板用來支撐主驅(qū)動(dòng)并將開挖倉和后面的工作空間隔離。推進(jìn)油缸施加于管片的推力所產(chǎn)生的反作用力通過承壓隔板作用到開挖面上，起到支撐和穩(wěn)定開挖面的作用。承壓隔板在不同高度安裝有六個(gè)土壓平衡傳感器，用來探測開挖艙不同高度的壓力。前盾上安裝有人倉，并支撐著螺旋輸送機(jī)，配有工業(yè)用氣出口、工業(yè)用水出口、電話和揚(yáng)聲器。中盾內(nèi)有22 個(gè)推進(jìn)油缸，通過控制油缸活塞桿的伸出提供盾構(gòu)機(jī)向前的掘進(jìn)力。油缸分為上區(qū)、下區(qū)、左區(qū)、右區(qū)四組；掘進(jìn)時(shí)每組油缸的壓力都可單獨(dú)控制，盾構(gòu)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、抬頭、低頭、直行，使盾構(gòu)機(jī)所挖掘的隧道軸線與設(shè)計(jì)軸線相符。中盾圓周上設(shè)有13 個(gè)超前鉆孔，超前鉆的鉆桿由此伸出鉆削采集巖土樣本。中盾的后面是尾盾，尾盾上安有止?jié){板和注漿、注脂管路，尾盾通過被動(dòng)跟隨的鉸接油缸與中盾相連，使盾構(gòu)機(jī)易于轉(zhuǎn)向。尾盾安裝了一個(gè)污水泵，及時(shí)將盾體內(nèi)的污水和泥漿排到臺(tái)車上的污水箱中。

2.3 主驅(qū)動(dòng)

主驅(qū)動(dòng)由螺栓連接到前盾承壓隔板的法蘭上，它可以使刀盤順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)無級(jí)變速。刀盤驅(qū)動(dòng)由主齒輪箱和6 組變頻電機(jī)及水冷式減速機(jī)組成。前盾設(shè)有一套稀油潤滑裝置，由螺桿泵將齒輪油從主齒輪箱底部吸油，泵送到主齒輪箱頂部的分配器再輸送到各潤滑點(diǎn)，對(duì)主齒輪箱噴射潤滑。

2.4 保壓人艙

保壓人艙安裝在前盾上，由前室和主室組成。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，刀具磨損需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)入到開挖艙檢查更換刀具時(shí)，要使用保壓人艙。為了避免開挖面的坍塌，要在開挖倉中建立與該地層深度土壓力與水壓力相適應(yīng)的氣壓，因此技術(shù)人員進(jìn)出開挖倉時(shí)，就存在適應(yīng)開挖倉壓力的問題。通過調(diào)整人艙前室和主室的壓力可以保證技術(shù)人員適應(yīng)常壓和開挖倉壓力之間的變化。為保證安全，只有經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)有資質(zhì)的人員才能通過人艙進(jìn)入開挖倉。

2.5 管片拼裝機(jī)

管片拼裝機(jī)由左右臂、支承架、旋轉(zhuǎn)架和拼裝頭組成。拼裝機(jī)左右臂用法蘭連接在中盾上，拼裝機(jī)的支撐架通過左右兩個(gè)滾輪放在拼裝機(jī)左右臂的行走槽中。內(nèi)圈為齒輪形式的滾珠軸承，外圈通過法蘭與管片拼裝機(jī)支架相連，內(nèi)圈通過法蘭與旋轉(zhuǎn)架相連拼裝頭與旋轉(zhuǎn)支架之間用兩個(gè)提升油缸和一個(gè)橫梁相連接。兩個(gè)拼裝機(jī)行走液壓油缸可以使支撐架、旋轉(zhuǎn)架、拼裝頭沿隧道軸線方向移動(dòng)，安裝在支撐架上的軸向柱塞驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滾珠軸承內(nèi)齒圈使旋轉(zhuǎn)架和拼裝頭沿隧道圓周方向旋轉(zhuǎn)，提升油缸可以使拼裝頭上升或下降。拼裝頭在左側(cè)平衡油缸、右側(cè)平衡油缸、后側(cè)平衡油缸、旋轉(zhuǎn)油缸、抓取油缸的作用下，實(shí)現(xiàn)水平，豎直方向上的擺動(dòng)，抓緊和放松管片的功能。管片拼裝機(jī)上安有超前鉆，超前鉆隨著拼裝機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，超前鉆支座上安裝了傾斜油缸，支座可在一定范圍內(nèi)傾斜，從而保證超前鉆鉆桿可以調(diào)整角度從中盾的超前鉆孔伸出盾體進(jìn)行取樣操作。拼裝機(jī)操作手可通過遙控器控制拼裝機(jī)實(shí)現(xiàn)管片的拼裝。

2.6 螺旋排土機(jī)構(gòu)

螺旋排土機(jī)構(gòu)由螺旋輸送機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)組成。螺旋輸送機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，皮帶運(yùn)輸機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，渣土由螺旋輸送機(jī)從開挖艙運(yùn)送到皮帶運(yùn)輸機(jī)，皮帶運(yùn)輸機(jī)再將渣土運(yùn)輸?shù)胶竺娴呐_(tái)車，落入等候的渣土車土箱中，裝滿渣土后，由電瓶車牽引至豎井，龍門吊將土箱吊到地面，倒入渣土坑中。螺旋輸送機(jī)前面的承壓隔板上設(shè)有安全門，螺旋輸送機(jī)收縮時(shí)，安全門關(guān)閉使開挖倉和螺旋輸送機(jī)隔斷；螺旋輸送機(jī)上的排渣門可在停止掘進(jìn)或維修時(shí)關(guān)閉，在盾構(gòu)機(jī)斷電的緊急情況下，排渣門由蓄能器釋放的能量自動(dòng)關(guān)閉，防止開挖倉中的水及渣土在壓力作用下進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)。

2.7 后配套設(shè)備

后配套設(shè)備由以下幾部分組成：管片運(yùn)輸設(shè)備、2 個(gè)連接橋、九節(jié)臺(tái)車及車上的主控室、電氣設(shè)備、液壓系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)、膨潤土系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、污水系統(tǒng)等。

管片運(yùn)輸設(shè)備包括管片運(yùn)輸小車，管片吊機(jī)及連接橋軌道。龍門吊將管片吊到豎井內(nèi)管片車上，電瓶車牽引管片車至連接橋的電動(dòng)吊機(jī)處，電動(dòng)吊機(jī)吊起管片運(yùn)到管片運(yùn)輸小車上，管片運(yùn)輸小車將管片運(yùn)到尾盾，供管片拼裝機(jī)使用。

2.5 PERFACT程序(內(nèi)口燒灼閉合+瘺管定期搔刮清理) PERFACT程序的原理是通過燒灼內(nèi)口及其周圍組織使纖維組織增生從而閉合內(nèi)口，同時(shí)定期搔刮清理管道(包括起初定期到醫(yī)院給予搔刮清理，以及中后期改為患者自行處理)，最終使瘺管逐漸愈合。PERFACT程序由印度醫(yī)生Garg[31]提出并倡導(dǎo)，在其納入51例復(fù)雜肛瘺患者的前瞻性研究中，隨訪中位時(shí)間為9個(gè)月，以患者癥狀消失及停止排膿為治愈標(biāo)準(zhǔn)，總治愈率為79.5%。PERFACT程序可保留括約肌，但術(shù)后定期搔刮清理瘺管較繁瑣，易受實(shí)際執(zhí)行情況及患者依從性的影響，故確切療效有待更多研究進(jìn)一步探討[32-33]。

連接橋是焊接結(jié)構(gòu)，通過牽引油缸使盾體和后配套臺(tái)車相連接。連接橋上裝置有污水泵、泡沫調(diào)整裝置、推進(jìn)缸和管片拼裝機(jī)控制面板、仿形刀液壓泵站、集中潤滑油脂泵、主軸承密封油脂泵、皮帶運(yùn)輸機(jī)、管片吊機(jī)、照明裝置和攝像機(jī)等。

后配套臺(tái)車由九節(jié)臺(tái)車組成，用來承載設(shè)備和元器件。臺(tái)車沿著軌道向前運(yùn)動(dòng)，工作人員可在臺(tái)車上行走，完成各種工作。各臺(tái)車分別配置有主控室、砂漿罐帶攪拌器、砂漿泵、皮帶運(yùn)輸機(jī)、管片吊機(jī)、行走輪、工業(yè)用氣用水出口、砂漿液壓泵站和主液壓泵站、變頻柜、泡沫泵、泡沫聚合物和活性物箱、砂漿傳送螺桿泵、高壓電控柜、變壓器、空氣過濾器、動(dòng)力柜、呼吸用氣儲(chǔ)氣罐、呼吸用氣氣體壓縮機(jī)、干燥器、過濾器、工業(yè)水箱、水泵、工業(yè)用氣儲(chǔ)氣罐、工業(yè)用氣氣體壓縮機(jī)、膨潤土罐、膨潤土泵、污水箱和污水泵、數(shù)據(jù)通訊電纜箱、排渣口、膨潤土出口、攝像機(jī)、緊急發(fā)電機(jī)、風(fēng)扇、高壓電纜卷筒、儲(chǔ)風(fēng)筒、污水卷筒、工業(yè)水進(jìn)水卷筒、工業(yè)水出水卷筒、照明裝置，為方便作業(yè)還配有餐廳、醫(yī)療室和工作室。

2.8 電氣系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)電氣設(shè)備由高壓電纜卷筒、主供電纜、變壓器、配電箱、動(dòng)力電纜、控制電纜、控制系統(tǒng)、操作控制臺(tái)、現(xiàn)場控制臺(tái)、螺旋運(yùn)輸機(jī)出渣口監(jiān)控器、電機(jī)等組成，電氣系統(tǒng)最小防護(hù)等級(jí)是IP55。主供電電纜安裝在電纜卷筒上，20kV 的高壓電由地面通過高壓電纜沿隧道輸送到與之連接的主供電電纜上，通過變壓器降為400V 50Hz的低壓電進(jìn)入配電柜，再經(jīng)過供電電纜和控制電纜供盾構(gòu)機(jī)使用。輔助變壓器為其他電氣設(shè)備和臺(tái)車上的插座提供400V 和230V 低電壓。在盾構(gòu)機(jī)的各處配置有總急停開關(guān)和局部急停開關(guān)等安全裝置。為保證人員作業(yè)安全，盾構(gòu)機(jī)上多處配置有光學(xué)煙霧探測器、熱輻射探測器和滅火裝置，配置有氧氣、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫和硫化氫等氣體傳感器，以及應(yīng)急照明和應(yīng)急通訊系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)采用西門子S7-PLC 實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)，拼裝等主要功能。盾構(gòu)機(jī)刀盤旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制，控制系統(tǒng)首先分析是否具備安全運(yùn)行條件，如泵和系統(tǒng)運(yùn)行是否正常、稀油潤滑、變頻器、增壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、冷卻水回水溫度、冷卻水循環(huán)等是否正常、刀盤壓力是否過高、仿形刀是否縮回等，在條件具備時(shí)才可啟動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)。PLC 安裝在主控室，配電柜里有遠(yuǎn)程接口，PLC 系統(tǒng)也與控制臺(tái)的控制電腦和激光導(dǎo)向電腦相連，主控室的控制臺(tái)和盾構(gòu)機(jī)某些移動(dòng)裝置的現(xiàn)場控制臺(tái)（如管片拼裝機(jī)，管片吊機(jī)，管片運(yùn)輸機(jī)等）都能用來操作盾構(gòu)機(jī)。主控室的控制臺(tái)上有控制系統(tǒng)顯示屏，實(shí)現(xiàn)不同功能的按鈕，調(diào)整壓力和速度的旋鈕，顯示壓力或油缸伸長長度的顯示模塊及各種鑰匙開關(guān)等。通過控制系統(tǒng)的主視窗可監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，如刀盤的轉(zhuǎn)速、扭矩、旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)方向、螺旋運(yùn)輸機(jī)的旋向、開挖艙的氣壓、排渣門的開關(guān)狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)方式、運(yùn)轉(zhuǎn)速度、扭矩、渣土重量。

2.9 輔助設(shè)備

輔助設(shè)備包括遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，PPS 激光導(dǎo)向系統(tǒng)，注漿裝置，泡沫裝置，膨潤土裝置等。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在地面的監(jiān)控室中，與隧道中掘進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC 通訊聯(lián)絡(luò)，并保持和盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC具有相同的狀態(tài)信息。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)按掘進(jìn)、拼裝、停止掘進(jìn)三個(gè)不同運(yùn)行狀態(tài)來記錄、處理、存儲(chǔ)、顯示、評(píng)判盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中的所有關(guān)鍵監(jiān)控參數(shù)，保證地面工作人員可以隨時(shí)在地面監(jiān)控室實(shí)時(shí)監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、查找盾構(gòu)機(jī)以前掘進(jìn)的檔案信息、打印報(bào)表，修改隧道中盾構(gòu)機(jī)的PLC 程序等。

PPS 激光導(dǎo)向系統(tǒng)由激光經(jīng)緯儀，帶棱鏡的激光靶，數(shù)據(jù)傳輸盒，系統(tǒng)控制盒，軸向傾斜儀，UPS 系統(tǒng)、控制電腦組成。激光經(jīng)緯儀臨時(shí)固定在安裝好的管片上，隨著盾構(gòu)機(jī)的不斷向前掘進(jìn)，激光經(jīng)緯儀也要不斷地向前移動(dòng)，激光靶固定在中盾的人艙上。激光經(jīng)緯儀發(fā)射出的激光束照射在激光靶上，激光靶可以判定激光的入射角及折射角，軸向傾斜儀用來測量盾構(gòu)機(jī)的滾動(dòng)和傾斜角度，再根據(jù)激光經(jīng)緯儀與激光靶之間的距離及各相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，激光導(dǎo)向系統(tǒng)就可以計(jì)算出當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)軸線的準(zhǔn)確位置。系統(tǒng)控制盒用來組織激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦與激光經(jīng)緯儀和激光靶之間的聯(lián)絡(luò)，并向數(shù)據(jù)傳輸盒和激光靶供電。數(shù)據(jù)傳輸盒用來給經(jīng)緯儀供電并傳輸數(shù)據(jù)。激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦則將系統(tǒng)獲得的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算和評(píng)估，所得結(jié)果以圖形或數(shù)字的形式顯示在屏幕上。通過PPS 激光導(dǎo)向系統(tǒng)獲取盾構(gòu)機(jī)軸線相對(duì)于隧道設(shè)計(jì)軸線的準(zhǔn)確位置，盾構(gòu)機(jī)操作手以此來調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方位，使盾構(gòu)機(jī)的軸線接近隧道的設(shè)計(jì)軸線，兩者偏差保持在很小的數(shù)值范圍之內(nèi)。

3 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)功能

通風(fēng)系統(tǒng)：儲(chǔ)風(fēng)筒、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管組成，采用壓入式隧道通風(fēng)原理，向隧道內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)提供新鮮空氣，并冷卻主液壓泵站、變頻柜和變壓器。

工業(yè)用氣系統(tǒng)：由空氣壓縮機(jī)將壓縮空氣經(jīng)儲(chǔ)氣罐、空氣過濾器、干燥器供給各用氣單元，如皮帶運(yùn)輸機(jī)皮帶張緊調(diào)節(jié)氣缸，膨潤土氣動(dòng)球閥，水箱注水氣動(dòng)球閥，泡沫系統(tǒng)氣動(dòng)隔膜泵和泡沫調(diào)整裝置，油脂泵的氣動(dòng)控制閥等。

呼吸用氣系統(tǒng)：由兩個(gè)空氣壓縮機(jī)（一臺(tái)工作，一臺(tái)備用）將壓縮空氣經(jīng)儲(chǔ)氣罐、呼吸用過濾器組供給人艙和前盾承壓板上的法蘭孔。

工業(yè)用水系統(tǒng): 鋪在隧道中的兩個(gè)水管作為盾構(gòu)機(jī)總進(jìn)水回水管線，將蓄水池和進(jìn)水卷筒出水卷筒連接起來。工業(yè)水經(jīng)進(jìn)水卷筒注入水箱。水泵從水箱吸入工業(yè)水，經(jīng)溢流閥減壓閥調(diào)整壓力后輸送到各耗水單元和設(shè)備冷卻回路，如膨潤土攪拌用水、泡沫混合用水、砂漿罐清洗、刀盤驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)的冷卻、主軸承內(nèi)外密封和刀盤驅(qū)動(dòng)減速機(jī)的冷卻等。

污水系統(tǒng)：為避免油缸、閥塊、管路、電氣設(shè)備等浸泡在水中，三個(gè)離心式污水泵將盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的污水泥漿抽出，經(jīng)污水管路輸送到污水箱中，再由泥漿泵把污水箱中的污水抽到污水卷筒，經(jīng)污水管路連接到地面的污水處理場。

泡沫系統(tǒng): 泡沫泵從泡沫聚合物箱和泡沫活性物箱吸取發(fā)泡劑，與工業(yè)水混合后，進(jìn)入泡沫調(diào)整裝置。泡沫調(diào)整裝置由流經(jīng)液體流量計(jì)，溶液劑量調(diào)節(jié)閥的發(fā)泡劑與流經(jīng)氣體流量計(jì)，空氣計(jì)量調(diào)節(jié)閥的壓縮空氣進(jìn)入泡沫發(fā)生器，泡沫或注入螺旋運(yùn)輸機(jī)，或經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭和刀盤上的泡沫出口噴射到開挖面，或經(jīng)承壓隔板注入開挖倉。泡沫注入開挖倉同土壤混合時(shí)，發(fā)泡劑的潤滑作用減少了刀盤和土壤的摩擦，提高了所挖掘土壤的塑性流動(dòng)，減少了刀盤扭矩和刀具磨損；可減少土壤的滲透性，使開挖倉傳力均勻，工作壓力變動(dòng)小，有利于調(diào)整開挖倉壓力，保證盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)，控制地表沉降；泡沫可減小土體粘度，使之不附著于刀盤，有利于松散出土。

膨潤土系統(tǒng): 工業(yè)水與膨潤土經(jīng)旋流式混合器攪拌混合后，膨潤土漿液被泵送到膨潤土箱。離心定量泵將膨潤土箱內(nèi)的漿液泵送到前盾筒體沿圓周分布的噴射口。膨潤土的注入可減少刀盤阻力，并形成泥膜效應(yīng)，起到止水作用。在砂卵石地層掘進(jìn)時(shí)向開挖倉注入膨潤土漿液，可使渣土具有良好的流塑性，適合的粘度，較低的透水性和較小的摩擦力，順利排渣。

注漿系統(tǒng)：隧道內(nèi)的服務(wù)車將攪拌好的砂漿輸送到帶有攪拌器的漿液箱。注漿泵直接連接到盾尾圓周方向分布的注漿管上，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，砂漿被同步注入隧道管片與土層之間的環(huán)隙，砂漿凝固后，就起到穩(wěn)定管片和地層的作用。注漿系統(tǒng)可根據(jù)壓力來控制注漿量的大小，通常按由小到大的順序，這樣可以使盾尾密封免受損壞，管片不受過大的壓力，對(duì)周圍土層擾動(dòng)小。注漿可以防止地表變形，減少隧道沉降，增加管片接縫的防水功能，改善管片的受力狀況，有利于盾構(gòu)的糾偏。

集中潤滑系統(tǒng)：風(fēng)動(dòng)干油泵將油脂經(jīng)電磁換向閥和同步分流馬達(dá)供送到主軸承內(nèi)外圈迷宮密封腔室，用來潤滑迷宮密封件的工作區(qū)域并阻止臟物侵入被密封區(qū)域的內(nèi)部，內(nèi)外圈的油脂壓力由壓力傳感器監(jiān)控。風(fēng)動(dòng)干油泵將潤滑脂經(jīng)節(jié)流閥，電磁換向閥，油脂分配器分別輸送到主軸承內(nèi)外唇形密封件之間的空間潤滑唇形密封，阻止臟物進(jìn)入，旋轉(zhuǎn)接頭密封潤滑，仿形刀油脂潤滑，鉸接環(huán)密封潤滑，螺旋伸縮潤滑，螺旋運(yùn)輸機(jī)減速箱球面軸承潤滑。

盾尾密封油脂系統(tǒng)：盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，風(fēng)動(dòng)干油泵將油脂經(jīng)管路壓送到三排盾尾刷和管片之間形成的兩個(gè)腔室中，阻止注入管片背后的漿液進(jìn)入盾體、密封前盾安全門滑道、潤滑螺旋運(yùn)輸機(jī)收縮滑動(dòng)表面。

稀油潤滑系統(tǒng)：主驅(qū)動(dòng)潤滑系統(tǒng)采用工業(yè)閉式齒輪油。螺桿泵從主齒輪箱底部吸油，經(jīng)過濾器，分配器注入到齒輪箱頂部潤滑點(diǎn)，對(duì)齒圈齒面進(jìn)行噴射潤滑。

主液壓系統(tǒng): 主液壓泵站油箱與推進(jìn)鉸接泵裝置、管片拼裝泵裝置、螺旋運(yùn)輸機(jī)泵裝置、安全門泵裝置、管片運(yùn)輸機(jī)泵裝置的吸油口相連接。油位由油箱上的低液位和極低液位兩個(gè)液位傳感器和直觀的液位計(jì)監(jiān)控，低液位報(bào)警時(shí)提醒操作者向油箱加油，極低液位報(bào)警時(shí)，主液壓泵站自動(dòng)停止工作。油箱側(cè)面的直讀溫度表和溫度傳感器對(duì)油箱溫度進(jìn)行監(jiān)控。油箱頂部有空氣濾清器供油箱通風(fēng)用。只有油液清潔度等級(jí)達(dá)到指定標(biāo)準(zhǔn)才允許起動(dòng)泵裝置。各功能泵通過管路與各自的控制閥塊和執(zhí)行元件相連接，完成相應(yīng)的功能。

4 總結(jié)

本文針對(duì)北方重工集團(tuán)有限公司盾構(gòu)機(jī)分公司開發(fā)的NTU039 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)，介紹了盾構(gòu)機(jī)的刀盤、盾體、主驅(qū)動(dòng)、保壓人艙、管片拼裝機(jī)、螺旋排土機(jī)構(gòu)、后配套裝置、電氣系統(tǒng)、輔助設(shè)備等主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析了通風(fēng)、用氣、用水、污水、潤滑、泡沫、膨潤土、注漿等主要子系統(tǒng)的功能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電液比例控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、常壓換刀技術(shù)、測控技術(shù)等研究成果將更廣泛地應(yīng)用到盾構(gòu)機(jī)的生產(chǎn)制造中。

1.鐘堅(jiān). 盾構(gòu)機(jī)技術(shù)研究. 廣東造船，vol.31，NO.3，pp.37-42,2012

2.劉宣宇，邵誠. 盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)， vol.46，No.20，pp.152-160,2012

3.韓興超. 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的組成及工作原理. 科技資訊，No.7，pp. 101，2012

4. 法國NFM 技術(shù)公司. 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)S19 型使用維護(hù)手冊(cè)，2009 年10 月30 日首次發(fā)行

5. PPS 德國有限公司. Poltinger 精密定位系統(tǒng)，2006 年3 月