盾构机双液注浆B液罐控制

2018-10-17陈枭东

现代制造技术与装备 2018年9期

陈枭东武强李强

（济南重工股份有限公司，济南 250109）

随着社会的不断发展和人们生活水平的不断提高，出行方式也日新月异，导致交通压力越来越大，城市拥堵成为一种普遍现象。为了解决这一问题，地铁建设开始飞速发展，而盾构机是地下隧道挖掘不可或缺的工具。

盾构机，全名盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、波、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛应用于地铁、铁路、公路、市政和水电等隧道工程。盾构掘进机作为一个整体，由很多复杂的系统组成，双液注浆系统就属于其中的一部分。此系统包括A液和B液两种物质，分别是水玻璃和水泥，两种物质混合后迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤强度和承载能力提高。本文设计的是B液罐物质的输送，采用触摸屏程序来实现B液的单独控制。

1 注浆整体连接方式

如图1、图2所示，本实例中A液管路1直接连接到A、B液汇合管路3上，B液管路2通过A、B液交叉管路4连接到A、B液汇合管路3，A、B液交叉管路4与B液内置管路5相连接。有孔固定环8固定在阀体7上，阀芯9穿过有孔固定环8的中心孔，阀芯9大头端与阀体7一端平齐，另一端穿过弹簧10与阀芯座11连接，弹簧10一端顶在有孔固定环8上，另一端顶在阀芯座11上，阀芯9与阀芯座11之间可以调整相对位置，阀座6的一端与阀体7连接，另一端与B液内置管路5连接。

介质A液通过A液管路流到A、B液汇合管路，从此管路的末端流出；B液介质从B液管路经过A、B液交叉管路和B液内置管路到达单向止回机构，阀芯在弹簧力的作用下处于闭合状态，B液通过有孔固定环到达阀芯大头端的后部，填充整理阀体内腔，当B液压力不断增大时，作用在阀芯上的力克服弹簧力，阀芯开启，B液与A液汇合流出管路末端。

所有注浆管均为内嵌式。注浆管共10组（其中4用6备），每组均由一个A液管、一个B液管、一个水清洗管和一个活塞管组成，具有清洗功能，其中6组备用。始发前，已在6组备用的双液注浆块的A液孔及水管中注入盾尾油脂防止堵塞。双液注浆块如图3所示。

图1 注浆整体连接方式一

图2 注浆整体连接方式二

图3 双液注浆块

2 B液罐控制

2.1 具体结构

所有注浆管均为内嵌式，注浆管共10组（其中4用6备），每组均包含A液通道和B液通道，B液通道由低压流体输送钢管内置于壳体外侧的槽中，并由相应的盖板堆焊密封，无缝钢管两端由90°弯头引入尾盾内部，左侧弯头与流体系统对应管路连接，右侧弯头与相应的软管连接接入到A液通道左侧的观察窗上，从而实现A、B液的混合功能。具体结构形式如图4所示。

图4 具体结构形式

2.2 B液输送、气冲探头和反冲洗

B液输送、气冲探头和反冲洗示意图如图5所示。

图5 B液输送、气冲探头和反冲洗示意图

2.2.1 B液输送

球阀3和球阀4打开，其他球阀关闭，电机控制螺杆泵将B液从B业罐内吸出，然后经由球阀4后再从经球阀3后流出。

2.2.2 气冲探头

此过程只要将球阀2和球阀3打开，其他的球阀关闭，气体从球阀2通过，然后经由球阀3喷出，用于将清理使用过后的B液喷嘴。

2.2.3 反冲洗

进行此过程只需要将球阀1和球阀5打开，其他球阀均关闭，将清水经由球阀1后流向球阀5，将管路内部残留的B液清洗干净，从污水管路中流出，直至流出清水为止。

2.3 B液部分控制原理

B液注浆分为四路注入管路。配置了一个B液罐和4台螺杆泵，螺杆泵驱动电机功率1.5kW，由变频器进行驱动。螺杆泵电机放在B液泵下方，节省空间，有利于各支管路的连接。每个变频器都连接有一个电位器，电位器放置在B液泵柜体的柜门上，通过转动电位器旋钮控制变频器的输出频率从而实现B液输送流量的输出，触摸屏上可以显示各支路的流量，进而方便控制。

同时，触摸屏上还能显示变频器的故障报警、变频器的运行、变频器的复位、四路B液泵的启停以及B液泵的开关故障，都由PLC程序控制。其中，变频器故障报警、变频器运行和B液泵开关故障都属于PLC程序中的数字量输入信号，B液泵变频器复位和B液泵启停属于PLC程序中的数字量输出信号，浆液的流量以及压力检测属于PLC程序中的模拟量输入信号。PLC用西门子S7-300编写，触摸屏用西门子KTP1000 DP10in的触摸屏方便操作，选型时程序与触摸屏型号要相匹配。

每路注入管路上都安装了压力传感器和流量传感器，用来检测B液注入压力及注入流量，B液罐的侧下方也会安装一个压力传感器，用于监测B液罐内液位是否过低，从而控制各支路B液管路输送的正常进行，如果罐内液位过低触摸屏显示报警停止各支路B液的输送。

B液控制采用手动控制，在就地操作箱进行作业操作。操作时，通过触摸屏单独选择注入支路，通过柜体上的电位器控制变频器的输出转速，从而控制螺杆泵的转速以实现注入流量的控制。当B液注入压力大于设定值时，相关支路的变频器不允许启动。注入压力及注入流量在控制板上显示，方便人员操作和报警的消除。B液的转运泵采用气动隔膜泵，由操作人员手动控制气源手动球阀进行控制。