土压平衡盾构机姿态与轨迹自动控制系统研究_高兵

土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法王凯
【期刊名称】《液压气动与密封》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】传统土压平衡式盾构机主驱动密封压力控制采用一种油气混合压力控制装置,该装置承压能力不超过0.6 MPa。

在操作过程中需要技术人员实时调节,对人员操作要求较高,存在误操作等安全风险,严重时会导致掌子面塌陷、主驱动密封失效、主轴承损坏等严重后果。

为解决这一问题,设计了一种土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法。

该系统根据土压平衡式盾构机土仓压力的变化自动调节主驱动密封腔压力,并将主驱动密封的最大承压能力提高至0.8 MPa,显著降低人员操作安全风险。

该系统对需高承压盾构施工的设备制造及操作有较强的指导意义。

【总页数】9页(P97-105)
【作者】王凯
【作者单位】中国铁建重工集团股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH138.9
【相关文献】
1.土压平衡盾构机密封舱土压力控制方法
2.土压平衡盾构主驱动密封滑道磨损处理
3.土压平衡盾构机密封舱土压力控制模型
4.基于压差控制的泥水平衡式盾构机主驱动密封气动自动保压系统研究及应用
5.土压平衡盾构机密封舱土压力控制研究
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土压平衡与泥水平衡盾构
土压平衡和泥水平衡是两种常见的盾构方式，它们的主要区别在于维持掌子面稳定的方式。

土压平衡盾构主要以渣土为主要介质平衡隧道开挖面地层压力，通过螺旋输送机出渣，适用于从粘土、砂土至软硬不均复合地层。

这种盾构施工时无需泥浆处理场，施工占地较少，对环境的影响相对较小。

泥水平衡盾构则以泥浆为主要介质平衡隧道开挖面地层压力，通过泥浆输送系统出渣，适用于富水高压和地面沉降要求高的隧道施工。

这种盾构需要较大的施工场地，因为需要设置泥浆处理场。

虽然对周边环境影响较大，但能更好地控制开挖工作面稳定性、地表沉降，保证施工进度和施工安全。

选择使用哪种盾构需视具体工程需求和地质条件来决定。

研究土压平衡式盾构机推力系统的变形特点邓孔书a,b，唐晓庆a,b，王丽萍a，陈旭a 2010年6月29日a清华大学精密仪器与机械学系，中国北京100084，b中铁轨道系统集团有限公司，中国湖南长沙410100，摘要：本文研究的是土压平衡式盾构机推力系统的变形特性，推力系统减少了与活塞在液压缸的位移量，增加刚度。

首先，根据超静定的相容性，驱动系统的空间变形椭圆。

然后，对均匀和非均匀布置系统的变形椭圆的特性进行了详细分析。

最后，将变形椭圆形的盾构机的推力系统应用在工程中，讨论了受推力影响的变形椭圆的特性。

其结果对盾构掘进机的推力系统提供了理论基础和设计支撑。

关键词：土压平衡（EPB），掘进，推力系统，刚度，变形椭圆1.简介随着越来越多的城市地下隧道工程施工的需要，EPB掘进已成为一个主要的施工方法。

为了保护地下隧道原先存在的结构EPB室必不可少的（Xu et al., 2003; Miura, 2003; Gibbs et al., 2002; Aksoy, 2008; Aksoy et al., 2010; Kucuk et al., 2009）。

EPB掘进方法的特点是运行速度快，节省工时，环保，是最常用的机械化隧道掘进技术。

岩石材料和岩体性能以及岩石的可挖性是及其设计的重要参数。

岩石碎片(Day and Goudie, 1977; Matthews and Shakesby, 1984)，间断性对性能的影响（Young and Fowell, 1978），机械钻速（Kahraman, 1999; Kahraman et al., 2000, 2003），岩石的硬度（Tarkoy, 1977），岩石的磨蚀(Janach and Merminod, 1982)，岩体分类(Karpuz, 1990)，原地强度估计(Singh et al., 2002)，Schmitd Hammer回弹值，岩石强度以及性能的估计（Goktan and Gunes, 2005），挖掘性能的估计以及块打孔指数（BPI）(Aksoy, 2009)已被广泛用在岩石开挖及岩石可挖性判断上。

土压平衡盾构机刀盘转速自动控制技术摘要：本文介绍了我公司生产的土压平衡型盾构机刀盘的特点，从机械结构，电气控制等方面对刀盘驱动系统进行分析，并比较了刀盘转速自动控制与人工控制的优劣性最后设计了刀盘转速自动控制程序，为盾构机变频驱动技术的研究提供参考。

关键词：变频驱动,plc,转速自动控制abstract：the paper introduces the production of my company earth pressure balance shield machine the characteristics of cutter head.from the mechanical structure, electrical control aspects of cutterhead driving system is analyzed,and compare the cutter head rotation speed automatic and manual the final design the program of cutter head speed automatic control.for epb machine variable frequency drive technology research to provide the reference..key words:variable frequency driving, plc, automatic speed control中图分类号：f407.6 文献标识码：a 文章编号：0引言随着我国地铁项目的日益发展，土压平衡型盾构机越来越多的被应用在城市地铁隧道的建设中，相比于传统的施工方法，盾构施工法具有不影响交通,安全性高，施工效率高，在软硬地层亦有较强的适应性,地表沉降易于控制,施工噪音小等优点，无疑是目前地铁隧道施工的首选方法，而盾构机掘进过程中刀盘转速的控制又是整个盾构施工中的重中之重，其控制质量的优劣直接影响整个盾构机控制系统的可靠性和稳定性，盾构机的刀盘具有直径大，重量大，扭矩大的特点，而且其转速要根据地层条件，埋深，地面沉降值和掘进参数的变化而变化，现如今随着变频技术被广泛的应用到盾构机主驱动系统之中，以及控制技术的快速发展，刀盘转速自动控制技术的实现已经成为可能。

盾构施工控制措施1、盾构机建压措施土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。

同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。

（1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法土仓压力控制采取以下两种操作模式：①通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。

此时盾构的推进速度人工事先给定。

②通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。

此时螺旋输送机的转速人工事先给定。

掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。

（2）掘进中排土量的控制排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。

根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。

理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和土仓压力值P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N：QS根据碴土车的体积刻度来确定。

QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即:Q0=A Vn0A-切削断面面积n0-松散系数V-推进速度通常理论排土率用K =QS/Q0表示。

理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。

事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量，以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。

当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。

土压平衡盾构在大粒径砂卵石地层中的应用河北省廊坊市065000摘要：土压平衡盾构在大粒径卵石地层中掘进时，土仓内容易结泥饼，特别在富水地层中掘进时，容易诱发喷涌现象而导致地表沉降、塌方，进而使盾构主驱动损坏，造成工程停工等重大经济损失和重大安全事故。

因此，研究和探讨大粒径卵石地层土压平衡盾构施工应用，对于确保土压平衡盾构在大粒径卵石地层中的施工安全、实现高效掘进，具有极其重要的意义。

基于此，本篇文章对土压平衡盾构在大粒径砂卵石地层中的应用进行研究，以供参考。

关键词：土压平衡盾构；大粒径砂卵石地层；应用分析引言随着地下交通工程的快速发展，盾构法施工技术广泛应用于城市轨道交通、地下综合管廊、引水等工程，盾构法施工对地层适应性广泛、施工安全系数高，但因地质情况的千变万化、施工环境复杂，在施工中必然存在盾构适应性和施工方法、措施的调整。

本文主要研究某大粒径砂卵石地层土压平衡盾构施工关键技术，重点解决土压盾构在大粒径砂卵石地层掘进过程中滞排、保压、刀具磨损等难题。

1土压平衡盾构施工方法简介土压平衡盾构是集机械、电路、液压于一身的隧道开挖施工机械，由刀盘、前盾、中盾、尾盾及后配套设施组成。

通过刀盘转动切削土体，切削下来的土体通过刀盘面板上的空隙进入土仓，刀盘转动的同时，面板上会注入膨润土或泡沫剂进行渣土改良，使土体获得良好的流动性，再由螺旋输送机排出，每掘进一环的距离即进行管片衬砌的安装，盾构推进的过程中，盾尾同时进行水泥砂浆注入，及时填充管片背后的空隙。

土压平衡盾构施工要点：端头加固、盾构始发、盾构掘进、管片安装、同步注浆、盾构接收等。

盾构施工的优势:盾构施工技术现已成为我国隧道施工的重要方法。

它的工作方法在安全、质量、环保、经济和技术方面具有重大优势，尤其是在穿越不良地质及建筑物或构筑物时，盾构施工更具有优越性，在技术、经济和安全方面盾构工法与其他施工方法相比具有主要优点如下:（1）盾构施工是一个完全封闭的作业环境，盾壳可起到支撑作用，直至隧道衬砌完工，有利于施工人员的安全保障。