大型泥水平衡盾构机接管器系统

朱敏明

（上海盾构设计试验研究中心有限公司，上海 200137）

1 引言

泥水盾构接管器是国家863项目大型泥水平衡盾构机进越号的配套系统，主要完成对泥水管路的接管任务，在泥水盾构推进过程中，需要不断将泥水管路接长，才能将调制好的泥水输送到前方的盾构机内，使得盾构能够正常推进。由于要不断重复接管这样一个复杂而且费时费力的工序，对整个盾构推进有非常大的影响，因此，一个快速、准确、可靠的接管器对盾构机的推进起着至关重要的作用，为泥水盾构施工奠定基础，同时加快将泥水盾构国产化的脚步。

泥水盾构接管器现用于上海世博会园区打浦路隧道复线的施工，施工进展非常顺利，没有事故及故障发生，在短短几个月的时间，隧道已经顺利贯通，这更能从工程的应用上反过来证实泥水盾构接管器的成功性和适用性。因此，本文将详尽叙述泥水平衡盾构接管器系统的原理及设计。

2 泥水盾构接管器的原理

泥水盾构接管器是通过塞头的控制，将泥水管路堵塞及疏通的交互替换从而实现对泥水管路的控制，在接管时，将塞头打进泥水输送管，在管路堵塞的情况下将管子断开，将盾构机车架上的软管收起，同时启动接管器跟随小车，然后将另一端进行接管，接管完成后将塞头打出，管路恢复通畅。接管完毕后将原来的管路恢复，完成一次接管任务。改变了原来传统接管操作中将管内泥水排放在隧道内的作法，而是控制相应的水泵、阀门的状态，将泥水排放到泥水回收装置中并加以再利用，从而在可控的条件下完成接管操作，既保护了作业环境，为文明施工创造了条件，又可提高泥水回用率，降低施工成本。

3 泥水盾构接管器的设计

3.1 结构设计

根据接管器的工作原理，设计并制作如下结构。

图1 泥水盾构接管器一

在正常掘进时，V1阀打开，V2阀关闭，泥水流向如图3所示，接管器工作时必须接到输送系统的接管指令，泥水正常输送时的状态如图3。

图3 接管流程图1

在接管器接到输送系统的接管指令后，V2阀打开，将塞头一直往右打，直到塞头进入设定位置为止，如图4。

图4 接管流程图2

最后，V 1阀和V 2阀同时关闭，在法兰处管路断开，小车前移，将泥水管路接长，达到接管的目的，如图5。

图5 接管流程图3

待接管完毕后，将全部阀门打开，塞头打回原来位置，最后V2阀关闭，如一开始图3状态，泥水管路恢复正常，给出接管结束指令，盾构机继续掘进。

3.2 电气设计

接管器系统的 PLC控制系统采用三菱 Q系列PLC模块，其型号为 Q02HCPU，网络结构为CC-LINK现场总线开放型网络。利用其实用性、分散性方面的优点，充分发挥现场总线的特点，提高试验平台的控制水平。其监控系统的模块网络如图6。

图6 泥水盾构接管器PLC模块网络图

电气设计主要分为控制箱柜、PLC程序和人机界面。

（1）控制箱柜

接管器的控制箱柜主要由电气元器件按照设计原理图正确接线，箱柜防护等级IP54，其原理主要是PLC的I/O和A/D模块的互相转化，通过PLC进行计算从而加以控制，功能实现远程+就地，其中PLC、触摸屏及通信方式如图7。

图7 控制系统连接方式图

（2）PLC程序

PLC控制程序具有其多样性，本接管器系统采用五个步骤：初始化、通信、逻辑控制、计算、显示及报警。

PLC软件使用GX Developer编程软件，由日本三菱公司开发，其CC-LINK参数设置如图8。

图8 CC-LINK参数设置图

（3）人机界面

接管器控制系统的人机界面采用 GT Designer2编程软件，同样由日本三菱公司开发，通过三菱A985GOT系列触摸屏来进行监控，由Q-BUS总线形式通信，稳定、可靠，控制界面主要分三个监控画面，分别是接管总图、数据设定、和报警图，利用触摸屏远程控制操作，如图9。

4 结论

接管器系统能够快速、高效地完成对泥水管路的接管工作，是泥水平衡盾构泥水输送系统不可或缺的分系统，在实际工程中应用良好，使打浦路隧道复线顺利贯通，以实践证明本系统获得成功。

[1]上海市土木工程学会, 上海隧道工程股份有限公司主编. 大直径隧道与城市轨道交通工程技术—2005上海国际隧道工程研讨会文集, 上海, 2005.