CN201354640Y - 一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统，它包括：压缩空气压力控制系统和螺旋输送机转速自动控制系统，压缩空气压力控制系统包括：气体压力变送器，气力控制器，压力调节阀，气源处理组件，气源，排气调节阀总成，进气调节阀总成，螺旋输送机液压控制系统连接PLC可编程控制器，PLC可编程控制器连接开挖舱土压传感器、液压控制系统压力传感器和马达转速传感器。本实用新型能自动精确地保持盾构机开挖舱内的压力与开挖面的水土压力相平衡。

Description

一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种盾构机在进行隧道掘进当中的过程控制系统和装置，尤其是指一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统。

背景技术

在采用盾构机进行隧道施工时，应保持开挖面的稳定，避免开挖面发生坍塌或涌水，从而避免开挖面上方的地表发生坍塌和开挖面的涌水事故。这个问题是盾构机隧道施工中的关键性技术问题。保持开挖面稳定的有效技术措施，是保持盾构机开挖舱内的压力平衡。

盾构机在进行隧道施工中，在地层稳定性比较好，并且含有一定数量地下水的情况下，常用半敞开模式，使开挖舱内具有一定的压力，依靠泥浆系统向开挖面注入泥浆，在开挖面形成一定强度的泥膜，防止水和空气的渗漏。在半敞开模式下，开挖舱的下半部空间充填开挖碴土，开挖舱的上半部空间是压缩空气。依靠螺旋输送机排出开挖舱内的碴土。

目前，盾构掘进过程中，依靠手动控制螺旋输送机的转速，控制排出碴土的数量，结合向开挖舱内加入压缩空气，来保持盾构机开挖舱内的压力平衡。在压缩空气控制系统中，只有自动进气系统，而没有自动排气系统，仅依靠一个安全阀排出超压的气体。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统，其能自动精确地保持盾构机开挖舱内的压力与开挖面的水土压力相平衡。

为解决上述技术问题，本实用新型包括：压缩空气压力控制系统和螺旋输送机转速自动控制系统，所述的压缩空气压力控制系统包括：气源，气源输出口分成二路，一路与气源处理组件的进气口连接，一路与进气调节阀总成的进气口连接，气源处理组件的输出口分成三路，一路与压力调节阀的进气口连接，一路与进气调节阀总成的气源输入口连接，一路与排气调节阀总成的气源输入口连接，压力调节阀的输出口分成二路，一路与气力控制器的气源输入口连接，一路与气体压力变送器的气源输入口连接，气力控制器的输出口分成二路，一路与排气调节阀总成的信号输入口连接，一路与进气调节阀总成的信号输入口连接，所述的螺旋输送机转速自动控制系统包括：螺旋输送机液压控制系统，螺旋输送机液压控制系统连接PLC可编程控制器，PLC可编程控制器连接开挖舱土压传感器、液压控制系统压力传感器和马达转速传感器。

排气调节阀总成连接排气消声器。

一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统还包括：加泥浆系统。

本实用新型采用自动控制的压缩空气压力控制系统和螺旋输送机转速自动控制系统，使本实用新型根据盾构开挖舱的压力，实时控制压缩空气充入或排出开挖舱，以及控制螺旋输送机从开挖舱内排出渣土，从而提高了盾构机的工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的压缩空气自动压力控制系统结构示意图。

图3为本实用新型的螺旋输送机转速自动控制系统的电路原理图。

图4为本实用新型的传感器位置图。

图5为本实用新型的螺旋输送机转速自动控制系统的PLC可编程控制器的连线图。

具体实施方式

如图1、图2以及图4所示本实用新型的压缩空气压力控制系统5，包括：安全阀502，气体压力变送器501，气力控制器503，压力调节阀504，气源处理组件505，气源506，排气消声器507，排气调节阀总成508，进气调节阀总成509。

安全阀502安装在压力隔墙4上，气体压力变送器501安装在压力隔墙4上。排气调节阀总成508安装在压力隔墙4上，进气调节阀总成509安装在压力隔墙4上。气源506输出口分成二路，一路与气源处理组件505的进气口连接，一路与进气调节阀总成509的进气口连接。气源处理组件505的输出口分成三路，一路与压力调节阀504的进气口连接，一路与进气调节阀总成509的气源输入口Z2连接，一路与排气调节阀总成508的气源输入口Z3连接。压力调节阀504的输出口分成二路，一路与气力控制器503的气源输入口Z连接，一路与气体压力变送器501的气源输入口Z1连接。气力控制器503的输出口Y分成二路，一路与排气调节阀总成508的信号输入口E3连接，一路与进气调节阀总成509的信号输入口E2连接。排气消声器507连接到排气调节阀总成508的出口。气力控制器503采用SAMSON的420系列PI气力控制器。

安全阀502限制最高工作压力，排出高压气体。气体压力变送器501是个检测变送元件，把检测到的气压信号变为0～1bar的气压控制信号。气力控制器503是PI控制器。由气力控制器503把气压偏差控制信号传到排气调节阀总成508和进气调节阀总成509，改变排气调节阀总成508和进气调节阀总成509开启度。压力调节阀504用于调节供气压力。气源处理组件505是由空气过滤器和减压阀组成，保证压力平稳，过滤气路中的水分。

如图1、图3、图4以及图5所示本实用新型的螺旋输送机转速自动控制系统7，包括以工业电脑作为中央控制器的PLC可编程控制器701，开挖舱土压传感器702，马达转速传感器703，液压控制系统压力传感器704，螺旋输送机液压控制系统705。

开挖舱土压传感器702是个压力传感器，把检测的土压力变为电信号传递到PLC可编程控制器701。马达转速传感器703把马达的转速变为电信号传递到PLC可编程控制器701。液压控制系统压力传感器704把液压控制系统的工作压力变为电信号传递到PLC可编程控制器701。螺旋输送机液压控制系统705用于提供螺旋输送机8旋转的液压动力。PLC可编程控制器701把接收到的信号进行处理分析，实时地按设定的规律控制控制螺旋输送机液压控制系统705的工作状况，改变螺旋输送机的转速。

组装后，开挖舱土压传感器702、马达转速传感器703、液压控制系统压力传感器704与模拟输入模板SM331相连，CP4431引出工业以太网与工业电脑相连。PLC可编程控制器701实现对液压控制系统705的控制。液压控制系统705是适合螺旋输送机功能特点的动力系统，包括：液压泵站、控制阀、液压马达。PLC可编程控制器701采用西门子S7-400型可编程控制器。

压缩空气压力控制系统5和螺旋输送机转速自动控制系统7是两个平行的控制系统。压缩空气自动压力控制系统5的反映速度快，螺旋输送机转速自动控制系统7所引起的平衡偏差由压缩空气自动压力控制系统5进行快速的调节弥补。两者相互结合，可以精确控制开挖舱压力的平衡状态。

加泥浆系统6采用现有技术，利用加泥浆系统通过刀盘2内的管路向开挖面上加注泥浆，泥浆渗透到开挖面1形成一定抗渗的泥膜，防止水和气的逸失。

Claims (3)

1.一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统，其特征在于：其包括压缩空气压力控制系统(5)和螺旋输送机转速自动控制系统(7)，所述的压缩空气压力控制系统(5)包括：气源，气源(506)输出口分成二路，一路与气源处理组件(505)的进气口连接，一路与进气调节阀总成(509)的进气口连接，气源处理组件(505)的输出口分成三路，一路与压力调节阀(504)的进气口连接，一路与进气调节阀总成(509)的气源输入口连接，一路与排气调节阀总成(508)的气源输入口连接，压力调节阀(504)的输出口分成二路，一路与气力控制器(503)的气源输入口连接，一路与气体压力变送器(501)的气源输入口连接，气力控制器(503)的输出口(Y)分成二路，一路与排气调节阀总成(508)的信号输入口连接，一路与进气调节阀总成(509)的信号输入口连接，所述的螺旋输送机转速自动控制系统(7)包括：螺旋输送机液压控制系统(705)，螺旋输送机液压控制系统连接PLC可编程控制器(701)，PLC可编程控制器连接开挖舱土压传感器(702)、液压控制系统压力传感器(704)和马达转速传感器(703)。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统，其特征在于：所述的排气调节阀总成(508)连接排气消声器(507)。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统，其特征在于：所述的一种盾构机开挖舱压力平衡的自动控制系统还包括：加泥浆系统(6)。

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