大型泥水平衡盾構機接管器系統

朱敏明

（上海盾構設計試驗研究中心有限公司，上海 200137）

1 引言

泥水盾構接管器是國家863項目大型泥水平衡盾構機進越號的配套系統，主要完成對泥水管路的接管任務，在泥水盾構推進過程中，需要不斷將泥水管路接長，才能將調制好的泥水輸送到前方的盾構機內，使得盾構能夠正常推進。由于要不斷重復接管這樣一個復雜而且費時費力的工序，對整個盾構推進有非常大的影響，因此，一個快速、準確、可靠的接管器對盾構機的推進起著至關重要的作用，為泥水盾構施工奠定基礎，同時加快將泥水盾構國產化的腳步。

泥水盾構接管器現用于上海世博會園區打浦路隧道復線的施工，施工進展非常順利，沒有事故及故障發生，在短短幾個月的時間，隧道已經順利貫通，這更能從工程的應用上反過來證實泥水盾構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接管器系統的原理及設計。

2 泥水盾構接管器的原理

泥水盾構接管器是通過塞頭的控制，將泥水管路堵塞及疏通的交互替換從而實現對泥水管路的控制，在接管時，將塞頭打進泥水輸送管，在管路堵塞的情況下將管子斷開，將盾構機車架上的軟管收起，同時啟動接管器跟隨小車，然后將另一端進行接管，接管完成后將塞頭打出，管路恢復通暢。接管完畢后將原來的管路恢復，完成一次接管任務。改變了原來傳統接管操作中將管內泥水排放在隧道內的作法，而是控制相應的水泵、閥門的狀態，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，既保護了作業環境，為文明施工創造了條件，又可提高泥水回用率，降低施工成本。

3 泥水盾構接管器的設計

3.1 結構設計

根據接管器的工作原理，設計并制作如下結構。

圖1 泥水盾構接管器一

在正常掘進時，V1閥打開，V2閥關閉，泥水流向如圖3所示，接管器工作時必須接到輸送系統的接管指令，泥水正常輸送時的狀態如圖3。

圖3 接管流程圖1

在接管器接到輸送系統的接管指令后，V2閥打開，將塞頭一直往右打，直到塞頭進入設定位置為止，如圖4。

圖4 接管流程圖2

最后，V 1閥和V 2閥同時關閉，在法蘭處管路斷開，小車前移，將泥水管路接長，達到接管的目的，如圖5。

圖5 接管流程圖3

待接管完畢后，將全部閥門打開，塞頭打回原來位置，最后V2閥關閉，如一開始圖3狀態，泥水管路恢復正常，給出接管結束指令，盾構機繼續掘進。

3.2 電氣設計

接管器系統的 PLC控制系統采用三菱 Q系列PLC模塊，其型號為 Q02HCPU，網絡結構為CC-LINK現場總線開放型網絡。利用其實用性、分散性方面的優點，充分發揮現場總線的特點，提高試驗平臺的控制水平。其監控系統的模塊網絡如圖6。

圖6 泥水盾構接管器PLC模塊網絡圖

電氣設計主要分為控制箱柜、PLC程序和人機界面。

（1）控制箱柜

接管器的控制箱柜主要由電氣元器件按照設計原理圖正確接線，箱柜防護等級IP54，其原理主要是PLC的I/O和A/D模塊的互相轉化，通過PLC進行計算從而加以控制，功能實現遠程+就地，其中PLC、觸摸屏及通信方式如圖7。

圖7 控制系統連接方式圖

（2）PLC程序

PLC控制程序具有其多樣性，本接管器系統采用五個步驟：初始化、通信、邏輯控制、計算、顯示及報警。

PLC軟件使用GX Developer編程軟件，由日本三菱公司開發，其CC-LINK參數設置如圖8。

圖8 CC-LINK參數設置圖

（3）人機界面

接管器控制系統的人機界面采用 GT Designer2編程軟件，同樣由日本三菱公司開發，通過三菱A985GOT系列觸摸屏來進行監控，由Q-BUS總線形式通信，穩定、可靠，控制界面主要分三個監控畫面，分別是接管總圖、數據設定、和報警圖，利用觸摸屏遠程控制操作，如圖9。

4 結論

接管器系統能夠快速、高效地完成對泥水管路的接管工作，是泥水平衡盾構泥水輸送系統不可或缺的分系統，在實際工程中應用良好，使打浦路隧道復線順利貫通，以實踐證明本系統獲得成功。

[1]上海市土木工程學會, 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—2005上海國際隧道工程研討會文集, 上海, 2005.