CN107420109A - 一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统及盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，包括气垫舱，还包括远程控制系统、进气系统、和排气系统，远程控制系统能够设定气垫舱的压力，并且，根据设定的气垫舱的压力控制进气系统和排气系统调节气垫舱的实际压力与上述设定的气垫舱的压力匹配。根据本发明的盾构机，包括壳体，以及安装在壳体内的如上述所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统。采用电气混合远程自动控制，在遇到管路阻塞等紧急情况时，通过远程控制系统能快速、安全的调整保压系统的预设压力，从而避免了在出现管路阻塞等紧急情况时不能及时调节系统设定压力造成爆仓等故障的问题，并且通过远程控制，能够提高生产安全性。

Description

一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统及盾构机

技术领域

本发明属于属于盾构机技术领域，具体涉及一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统及盾构机。

背景技术

盾构法是城市地下轨道交通施工的主要方式，该工法由稳定开挖面、盾构机挖掘、安装衬砌三个方面组成。为保证底层不发生大的沉降或者隆起变形，盾构前方密封舱必须保证有一定的压力能够与地层土压力和水压力保持动态平衡，可通过土压、水压或者气压等来实现。其中，泥水平衡盾构用泥浆加压确保掘削面稳定，用管道输送代替轨道出土，加快了掘进速度,改善了劳动条件和施工环境，能较好地稳定开挖面和防止地表隆陷，成为目前一种重要的盾构技术。根据泥水平衡盾构平衡开挖面的方式，泥水平衡盾构可以细分为直接控制式泥水平衡盾构和间接控制式泥水平衡盾构。

间接控制式泥水平衡盾构以泥浆和开挖面处形成的泥膜为介质，利用自动保压系统调节气垫舱的压缩空气的压力，使开挖面压力保持动态平衡。与直接控制式系统相比，由于气垫舱的存在，间接控制式系统的抗干扰性能较好。目前应用于间接控制式泥水平衡盾构的空气自动保压系统，其压力设定方式为本地控制方式，加上控制器一般布置在中盾，在出现管路阻塞等紧急情况时不能及时调节系统设定压力，容易出现爆仓等故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统及盾构机，能够确保间接控制式泥水平衡盾构的远程自动控制，从而避免在出现管路阻塞等紧急情况时不能及时调节系统设定压力造成爆仓等故障的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，包括气垫舱，还包括远程控制系统、进气系统、和排气系统，远程控制系统能够设定气垫舱的压力，并且，根据设定的气垫舱的压力控制进气系统和排气系统调节气垫舱的实际压力与上述设定的气垫舱的压力匹配。

根据本发明的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，采用电气混合远程自动控制，在遇到管路阻塞等紧急情况时，通过远程控制系统能快速、安全的调整保压系统的预设压力，从而避免了在出现管路阻塞等紧急情况时不能及时调节系统设定压力造成爆仓等故障的问题，并且通过远程控制，能够提高生产安全性。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，在一个优选的实施方式中，远程控制系统包括控制室、电控控制器、气电转换器、电气转换器、气动马达、气控控制器、压力变送器、压力传感器。控制室设定气垫舱的压力之后，传输电流信号给电控控制器，电控控制器传输电流信号给电气转换器转换为气压信号驱动气动马达设定气控控制器的压力，从而通过气控控制器和压力变送器来控制进气系统和排气系统，并且，气压信号通过气电转换器转换成电流信号传输给电控控制器。气垫舱的压力值通过压力传感器反馈给控制室。

具体地，电控控制器和气控控制器均为PID控制器。

上述远程控制系统的具体设置方式，可以实现自动保压系统压力的远程精确设定。由于该系统在现有控制上新增了电气PID控制，通过电气混合方式来调节设定压力，因此能在主控室远程设定系统压力，而不需要与现有系统一样，通过布置在盾体上的控制器实地操作，并且，PID控制器能提高系统的响应速度，减小系统误差，从而能优化远程控制系统。

在一个优选的实施方式中，进气系统包括与气源连通的自力式减压阀和与自力式减压阀连通的第一正作用气动调节阀，第一正作用气动调节阀与气垫舱连通，并且，第一正作用气动调节阀与远程控制系统连接。当远程控制系统通过压力变送器检测到气垫舱的实际压力小于设定压力时，可以通过气控控制器开启第一正作用气动调节阀和自力式减压阀，通过进气系统向气垫舱输入压缩空气以提高气垫舱的压力与设定压力匹配。此时，通过气控控制器关闭进气系统。

进一步地，进气系统还包括与自力式减压阀连通的第二正作用气动调节阀，第二正作用气动调节阀与气垫舱连通，并且，第二正作用气动调节阀与远程控制系统连接。当气垫舱的实际压力与设定压力相差较大时，可以通过气控控制器同时开启第一正作用气动调节阀和第二正作用气动调节阀，从而提高在进气系统的大流量情况下的工作效率，达到快速保压的效果。两个正作用气动调节阀的组合取代一个正作用气动调节阀的结构，可以增加保压系统的适用性，并且，可以避免在气垫舱的实际压力与设定压力相差较大时使需要使用一个超大直径的正作用气动调节阀，造成成本增加的问题。

在一个优选的实施方式中，排气系统包括与气垫舱连通的第一反作用气动调节阀，并且，第一反作用气动调节阀与远程控制系统连接。当远程控制系统通过压力变送器检测到气垫舱的实际压力大于设定压力时，可以通过气控控制器开启第一反作用气动调节阀，气垫舱通过排气系统向外排出压缩空气以降低气垫舱的压力与设定压力匹配。此时，通过气控控制器关闭进气系统。

进一步地，排气系统还包括与气垫舱连通的第二反作用气动调节阀，并且，第二反作用气动调节阀与远程控制系统连接。当设定压力与气垫舱的实际压力相差较大时，可以通过气控控制器同时开启第一反作用气动调节阀和第二反作用气动调节阀，从而提高在排气系统的大流量情况下的工作效率，达到快速保压的效果。两个反作用气动调节阀的组合取代一个反作用气动调节阀的结构，可以增加保压系统的适用性，并且，可以避免在气垫舱的设定压力与气垫舱的实际压力相差较大时使需要使用一个超大直径的反作用气动调节阀，造成成本增加的问题。

更进一步地，排气系统还包括消音器。消音器可以减少排气时的噪音污染。

根据本发明第二方面的盾构机，包括壳体，以及安装在壳体内的如上述所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统。

相比现有技术，本发明的优点在于：通过远程控制系统能快速、安全的调整保压系统的预设压力，从而避免了在出现管路阻塞等紧急情况时不能及时调节系统设定压力造成爆仓等故障的问题，并且通过远程控制，能够提高生产安全性。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本发明实施例的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统和工作原理。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示意性显示了本发明实施例的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统和工作原理。如图1所示，本发明实施例的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，包括气垫舱8，还包括远程控制系统、进气系统、和排气系统，远程控制系统能够设定气垫舱8的压力，并且，根据设定的气垫舱8的压力控制进气系统和排气系统调节气垫舱8的实际压力与上述设定的气垫舱8的压力匹配。在一个优选的实施方式中，具体地，远程控制系统包括控制室1、电控控制器2、气电转换器3、电气转换器4、气动马达5、气控控制器6、压力变送器7、压力传感器16。控制室1设定气垫舱8的压力之后，传输电流信号给电控控制器2，电控控制器2传输电流信号给电气转换器4转换为气压信号驱动气动马达5设定气控控制器6的压力，从而通过气控控制器6和压力变送器7来控制进气系统和排气系统，并且，气压信号通过气电转换器3转换成电流信号传输给电控控制器2。所述气垫舱8 的压力值通过压力传感器16反馈给控制室1。具体地，控制室1为PLC控制室，包括电位控制器和显示器，电控控制器2和气控控制器6均为PID控制器。采用电气混合远程自动控制，在遇到管路阻塞等紧急情况时，通过远程控制系统能快速、安全的调整保压系统的预设压力，从而避免了在出现管路阻塞等紧急情况时不能及时调节系统设定压力造成爆仓等故障的问题，并且通过远程控制，能够提高生产安全性。这种远程控制系统的具体设置方式，可以实现自动保压系统压力的远程精确设定。由于该系统在现有控制上新增了电气PID控制，通过电气混合方式来调节设定压力，因此能在主控室远程设定系统压力，而不需要与现有系统一样，通过布置在盾体上的控制器实地操作，并且，PID控制器能提高系统的响应速度，减小系统误差，从而能优化远程控制系统。

在一个优选的实施方式中，具体地，进气系统包括与气源15连通的自力式减压阀9和与自力式减压阀9连通的第一正作用气动调节阀10，第一正作用气动调节阀10与气垫舱8连通，并且，第一正作用气动调节阀10与远程控制系统连接。进一步地，进气系统还包括与自力式减压阀9连通的第二正作用气动调节阀 11，第二正作用气动调节阀11与气垫舱8连通，并且，第二正作用气动调节阀11与远程控制系统连接。当远程控制系统通过压力变送器7检测到气垫舱8的实际压力小于设定压力时，可以通过气控控制器6开启第一正作用气动调节阀10 和自力式减压阀9，通过进气系统向气垫舱输入压缩空气以提高气垫舱的压力与设定压力匹配。此时，通过气控控制器6关闭进气系统。当气垫舱8的实际压力与设定压力相差较大时，可以通过气控控制器6同时开启第一正作用气动调节阀 10和第二正作用气动调节阀11，从而提高在进气系统的大流量情况下的工作效率，达到快速保压的效果。两个正作用气动调节阀的组合取代一个正作用气动调节阀的结构，可以增加保压系统的适用性，并且，可以避免在气垫舱的实际压力与设定压力相差较大时使需要使用一个超大直径的正作用气动调节阀，造成成本增加的问题。另外，具体地，第一正作用气动调节阀10和第二正作用气动调节阀11设置成不同的通径，例如，第一正作用气动调节阀10的通径设置成适用于小流量调节的情况、第二正作用气动调节阀的通径11设置成适用于大流量调节的情况，而两个正作用气动调节阀组合起来又可以适用流量特别大的流量调节的情况，这样，就进一步确保了自动保压系统的保压效果。

在一个优选的实施方式中，具体地，排气系统包括与气垫舱8连通的第一反作用气动调节阀12，并且，第一反作用气动调节阀12与远程控制系统连接。进一步地，排气系统还包括与气垫舱8连通的第二反作用气动调节阀13，并且，第二反作用气动调节阀13与远程控制系统连接。当远程控制系统通过压力变送器7 检测到气垫舱8的实际压力大于设定压力时，可以通过气控控制器6开启第一反作用气动调节阀12，气垫舱8通过排气系统向外排出压缩空气以降低气垫舱8的压力与设定压力匹配。此时，通过气控控制器6关闭进气系统。当设定压力与气垫舱8的实际压力相差较大时，可以通过气控控制器6同时开启第一反作用气动调节阀12和第二反作用气动调节阀13，从而提高在排气系统的大流量情况下的工作效率，达到快速保压的效果。两个反作用气动调节阀的组合取代一个反作用气动调节阀的结构，可以增加保压系统的适用性，并且，可以避免在气垫舱的设定压力与气垫舱的实际压力相差较大时使需要使用一个超大直径的反作用气动调节阀，造成成本增加的问题。另外，具体地，第一反作用气动调节阀12和第二反作用气动调节阀13设置成不同的通径，例如，第一反作用气动调节阀12的通径设置成适用于小流量调节的情况、第二反作用气动调节阀13的通径11设置成适用于大流量调节的情况，而两个正作用气动调节阀组合起来又可以适用流量特别大的流量调节的情况，这样，就进一步确保了自动保压系统的保压效果。

更进一步地，排气系统还包括消音器14。消音器14可以减少排气时的噪音污染。

根据本发明实施例第二方面的盾构机，包括壳体，以及安装在壳体内的如上述实施例所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统。

根据上述实施例，可见，本发明涉及的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统通过远程控制系统能快速、安全的调整保压系统的预设压力，从而避免了在出现管路阻塞等紧急情况时不能及时调节系统设定压力造成爆仓等故障的问题，并且通过远程控制，能够提高生产安全性。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，包括气垫舱，其特征在于，还包括远程控制系统、进气系统、和排气系统；

所述远程控制系统能够设定所述气垫舱的压力，并且，根据上述设定的所述气垫舱的压力控制所述进气系统和所述排气系统调节所述气垫舱的实际压力与上述设定的气垫舱的压力匹配。

2.根据权利要求1所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述远程控制系统包括控制室、电控控制器、气电转换器、电气转换器、气动马达、气控控制器、压力变送器；

所述控制室设定所述气垫舱的压力之后，传输电流信号给所述电控控制器，所述电控控制器传输电流信号给所述电气转换器转换为气压信号驱动所述气动马达设定所述气控控制器的压力，从而通过所述气控控制器和所述压力变送器来控制所述进气系统和所述排气系统，并且，所述气压信号通过所述气电转换器转换成电流信号传输给所述电控控制器；所述气垫舱的压力值通过所述压力传感器反馈给所述控制室。

3.根据权利要求2所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述电控控制器和所述气控控制器均为PID控制器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述进气系统包括与气源连通的自力式减压阀和与所述自力式减压阀连通的第一正作用气动调节阀，所述第一正作用气动调节阀与所述气垫舱连通，并且，所述第一正作用气动调节阀与所述远程控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述进气系统还包括与所述自力式减压阀连通的第二正作用气动调节阀，所述第二正作用气动调节阀与所述气垫舱连通，并且，所述第二正作用气动调节阀与所述远程控制系统连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述排气系统包括与所述气垫舱连通的第一反作用气动调节阀，并且，所述第一反作用气动调节阀与所述远程控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述排气系统还包括与所述气垫舱连通的第二反作用气动调节阀，并且，所述第二反作用气动调节阀与所述远程控制系统连接。

8.根据权利要求6或7所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述排气系统还包括消音器。

9.一种盾构机，包括壳体，以及安装在壳体内的如权利要求1至8中任一项所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统。