陳梟東 武 強 李 強
(濟南重工股份有限公司,濟南 250109)
隨著社會的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,出行方式也日新月異,導致交通壓力越來越大,城市擁堵成為一種普遍現(xiàn)象。為了解決這一問題,地鐵建設開始飛速發(fā)展,而盾構機是地下隧道挖掘不可或缺的工具。
盾構機,全名盾構隧道掘進機,是一種隧道掘進的專用工程機械,現(xiàn)代盾構掘進機集光、機、電、波、傳感、信息技術于一體,具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能,涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術,而且要按照不同的地質進行“量體裁衣”式的設計制造,可靠性要求極高。盾構掘進機已廣泛應用于地鐵、鐵路、公路、市政和水電等隧道工程。盾構掘進機作為一個整體,由很多復雜的系統(tǒng)組成,雙液注漿系統(tǒng)就屬于其中的一部分。此系統(tǒng)包括A液和B液兩種物質,分別是水玻璃和水泥,兩種物質混合后迅速反應生成硅膠和硅酸鈣凝膠,起到膠結和填充孔隙的作用,使土壤強度和承載能力提高。本文設計的是B液罐物質的輸送,采用觸摸屏程序來實現(xiàn)B液的單獨控制。
如圖1、圖2所示,本實例中A液管路1直接連接到A、B液匯合管路3上,B液管路2通過A、B液交叉管路4連接到A、B液匯合管路3,A、B液交叉管路4與B液內置管路5相連接。有孔固定環(huán)8固定在閥體7上,閥芯9穿過有孔固定環(huán)8的中心孔,閥芯9大頭端與閥體7一端平齊,另一端穿過彈簧10與閥芯座11連接,彈簧10一端頂在有孔固定環(huán)8上,另一端頂在閥芯座11上,閥芯9與閥芯座11之間可以調整相對位置,閥座6的一端與閥體7連接,另一端與B液內置管路5連接。
介質A液通過A液管路流到A、B液匯合管路,從此管路的末端流出;B液介質從B液管路經過A、B液交叉管路和B液內置管路到達單向止回機構,閥芯在彈簧力的作用下處于閉合狀態(tài),B液通過有孔固定環(huán)到達閥芯大頭端的后部,填充整理閥體內腔,當B液壓力不斷增大時,作用在閥芯上的力克服彈簧力,閥芯開啟,B液與A液匯合流出管路末端。
所有注漿管均為內嵌式。注漿管共10組(其中4用6備),每組均由一個A液管、一個B液管、一個水清洗管和一個活塞管組成,具有清洗功能,其中6組備用。始發(fā)前,已在6組備用的雙液注漿塊的A液孔及水管中注入盾尾油脂防止堵塞。雙液注漿塊如圖3所示。
圖1 注漿整體連接方式一
圖2 注漿整體連接方式二
圖3 雙液注漿塊
所有注漿管均為內嵌式,注漿管共10組(其中4用6備),每組均包含A液通道和B液通道,B液通道由低壓流體輸送鋼管內置于殼體外側的槽中,并由相應的蓋板堆焊密封,無縫鋼管兩端由90°彎頭引入尾盾內部,左側彎頭與流體系統(tǒng)對應管路連接,右側彎頭與相應的軟管連接接入到A液通道左側的觀察窗上,從而實現(xiàn)A、B液的混合功能。具體結構形式如圖4所示。
圖4 具體結構形式
B液輸送、氣沖探頭和反沖洗示意圖如圖5所示。
圖5 B液輸送、氣沖探頭和反沖洗示意圖
2.2.1 B液輸送
球閥3和球閥4打開,其他球閥關閉,電機控制螺桿泵將B液從B業(yè)罐內吸出,然后經由球閥4后再從經球閥3后流出。
2.2.2 氣沖探頭
此過程只要將球閥2和球閥3打開,其他的球閥關閉,氣體從球閥2通過,然后經由球閥3噴出,用于將清理使用過后的B液噴嘴。
2.2.3 反沖洗
進行此過程只需要將球閥1和球閥5打開,其他球閥均關閉,將清水經由球閥1后流向球閥5,將管路內部殘留的B液清洗干凈,從污水管路中流出,直至流出清水為止。
B液注漿分為四路注入管路。配置了一個B液罐和4臺螺桿泵,螺桿泵驅動電機功率1.5kW,由變頻器進行驅動。螺桿泵電機放在B液泵下方,節(jié)省空間,有利于各支管路的連接。每個變頻器都連接有一個電位器,電位器放置在B液泵柜體的柜門上,通過轉動電位器旋鈕控制變頻器的輸出頻率從而實現(xiàn)B液輸送流量的輸出,觸摸屏上可以顯示各支路的流量,進而方便控制。
同時,觸摸屏上還能顯示變頻器的故障報警、變頻器的運行、變頻器的復位、四路B液泵的啟停以及B液泵的開關故障,都由PLC程序控制。其中,變頻器故障報警、變頻器運行和B液泵開關故障都屬于PLC程序中的數(shù)字量輸入信號,B液泵變頻器復位和B液泵啟停屬于PLC程序中的數(shù)字量輸出信號,漿液的流量以及壓力檢測屬于PLC程序中的模擬量輸入信號。PLC用西門子S7-300編寫,觸摸屏用西門子KTP1000 DP10in的觸摸屏方便操作,選型時程序與觸摸屏型號要相匹配。
每路注入管路上都安裝了壓力傳感器和流量傳感器,用來檢測B液注入壓力及注入流量,B液罐的側下方也會安裝一個壓力傳感器,用于監(jiān)測B液罐內液位是否過低,從而控制各支路B液管路輸送的正常進行,如果罐內液位過低觸摸屏顯示報警停止各支路B液的輸送。
B液控制采用手動控制,在就地操作箱進行作業(yè)操作。操作時,通過觸摸屏單獨選擇注入支路,通過柜體上的電位器控制變頻器的輸出轉速,從而控制螺桿泵的轉速以實現(xiàn)注入流量的控制。當B液注入壓力大于設定值時,相關支路的變頻器不允許啟動。注入壓力及注入流量在控制板上顯示,方便人員操作和報警的消除。B液的轉運泵采用氣動隔膜泵,由操作人員手動控制氣源手動球閥進行控制。
作為注漿系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),盾構機的工作性能和效率直接影響整體作業(yè)的進程。本文在實現(xiàn)雙液注漿的基礎上對B液罐實現(xiàn)了單獨控制,具有重要的理論和實際意義。整個流程應用的理論依據,驗證了其設計的可靠性,從而為盾構機的設計提供了一種切實可行的方法。