盾構(gòu)機雙液注漿B液罐控制

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(dǎo)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(shè)開始飛速發(fā)展，而盾構(gòu)機是地下隧道挖掘不可或缺的工具。

盾構(gòu)機，全名盾構(gòu)隧道掘進機，是一種隧道掘進的專用工程機械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進機集光、機、電、波、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測量等多門學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進行“量體裁衣”式的設(shè)計制造，可靠性要求極高。盾構(gòu)掘進機已廣泛應(yīng)用于地鐵、鐵路、公路、市政和水電等隧道工程。盾構(gòu)掘進機作為一個整體，由很多復(fù)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(zhì)，分別是水玻璃和水泥，兩種物質(zhì)混合后迅速反應(yīng)生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結(jié)和填充孔隙的作用，使土壤強度和承載能力提高。本文設(shè)計的是B液罐物質(zhì)的輸送，采用觸摸屏程序來實現(xiàn)B液的單獨控制。

1 注漿整體連接方式

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(nèi)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(diào)整相對位置，閥座6的一端與閥體7連接，另一端與B液內(nèi)置管路5連接。

介質(zhì)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(zhì)從B液管路經(jīng)過A、B液交叉管路和B液內(nèi)置管路到達單向止回機構(gòu)，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(nèi)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(nèi)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

2 B液罐控制

2.1 具體結(jié)構(gòu)

所有注漿管均為內(nèi)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(nèi)置于殼體外側(cè)的槽中，并由相應(yīng)的蓋板堆焊密封，無縫鋼管兩端由90°彎頭引入尾盾內(nèi)部，左側(cè)彎頭與流體系統(tǒng)對應(yīng)管路連接，右側(cè)彎頭與相應(yīng)的軟管連接接入到A液通道左側(cè)的觀察窗上，從而實現(xiàn)A、B液的混合功能。具體結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

圖4 具體結(jié)構(gòu)形式

2.2 B液輸送、氣沖探頭和反沖洗

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(guān)閉，電機控制螺桿泵將B液從B業(yè)罐內(nèi)吸出，然后經(jīng)由球閥4后再從經(jīng)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(guān)閉，氣體從球閥2通過，然后經(jīng)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(guān)閉，將清水經(jīng)由球閥1后流向球閥5，將管路內(nèi)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。

2.3 B液部分控制原理

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(qū)動電機功率1.5kW，由變頻器進行驅(qū)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(zhuǎn)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(fù)位、四路B液泵的啟停以及B液泵的開關(guān)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(guān)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(fù)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(cè)下方也會安裝一個壓力傳感器，用于監(jiān)測B液罐內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)速，從而控制螺桿泵的轉(zhuǎn)速以實現(xiàn)注入流量的控制。當B液注入壓力大于設(shè)定值時，相關(guān)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(zhuǎn)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。

3 結(jié)語

作為注漿系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，盾構(gòu)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(chǔ)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(yīng)用的理論依據(jù)，驗證了其設(shè)計的可靠性，從而為盾構(gòu)機的設(shè)計提供了一種切實可行的方法。