盾构机流体系统

盾构机流体系统介绍液压研究院秦邦江盾构机是集机、电、液、气等技术为一体的大型施工机械。盾构涉及到得流体介质复杂多样，几乎涉及到了目前流体传动的所有介质。在盾构中用到的流体介质有液压油、润滑油、润滑脂、盾构密封专用脂、砂浆、膨润土、工业压缩空气、化学物质泡沫。这些介质的传动系统通过各种可控制有机的组合在一起，保证了盾构机的正常工作。由于盾构机是一个复杂的现代化施工设备，从功用上讲，辅助系统较多，主要有齿轮油润滑系统、脂润滑系统、压缩空气系统、水冷却系统、泡沫系统、膨润土系统、土仓保压系统、人仓系统、盾尾密封系统、同步注浆系统、二次通风系统。一齿轮油润滑系统大轴承强制润滑系统一般采用一台循环泵对大轴承齿轮部分和三排滚珠轴承内部进行强制润滑。将大轴承齿啮合部分的1/2浸泡在齿轮油箱中，齿轮箱内存储油液为大轴直径的1/2左右，使用粘度150-320的齿轮油，循环润滑。滚珠部分油液压力依大轴承厂家制造产品性能提出压力要求，一般不高于0.2Mpa,采用封闭式润滑系统，注入点定为4处，排出点定为2处，顶部设有通气注入孔。大轴承侧面设有对内齿进行润滑的注入孔，依工况设定可为1-4点，主要作用为润滑和降温作用。轴承箱侧壁设有油面指示计，透明胶管可观察油液液面，液面过低可进行添加油液。同时底部设有油温检测传感器，设定油温界限温度。此系统采用循环润方式，流量压力可通过控制阀组进行调节满足实际工况要求.系统运行时间要求为：盾构掘进前开启主润滑系统，掘进结束，继续运行一段时间后，再关闭此系统。以满足降温与润滑作用。在施工中，应定期检测油液中含杂质量，检验大轴承磨损情况。同时运转过程中监测油温，若温度过高，应检测滤器是否应清洗，或管路是否堵塞。本系统中配有油液冷却设备，可冷却循环稀油，起到给大轴承及主驱动密封部分降温等作用。齿轮箱油泵同步分流器同步分流器散热器温度传感器控制阀原理简图：二脂润滑系统刀盘驱动密封由一道机械式迷宫密封、一道唇型密封（四唇型）三道MY型密封组成。集中润滑系统采用自动连续给脂式，用泵经过分配器连续的向刀盘驱动密封之间加注润滑脂，加油脂采用压力和时间控制，压力优先原则。在螺旋输送机驱动密封处，中心回转接头处，砂浆罐等部分也充填具有一定压力的EPO润滑油脂。集中润滑系统在给油脂回路中设置了发生异常时刀盘旋转停止的报警系统。系统均配有时间继电器和循环次数计数器或PLC可编成控制器进行自动监控。单排主密封的水密性最高可达1Mpa,本系统不仅可以起到密封作用，而且还润滑刀盘主密封的摩擦表面，防止水和泥砂进入轴承腔。集中润滑大轴承密封部分简图（一）电动油脂泵递进分配阀主轴承内外圈旋转润滑与密封气动油脂泵递进分配阀递进分配阀中心旋转接头旋转润滑与密封螺旋输送机轴承润滑与密封脂润滑流程图集中润滑系统主要设备气动油脂泵电动油脂泵油脂分配器三压缩空气系统土压平衡式盾构供气系统主要包括：1.泡沫、泥浆系统中发泡系统用气2.人闸舱2级增压系统用气3.土仓建压，稳定开挖面，维护、维修时用气4.驱动系统及辅助系统中程控气阀用气5.盾尾密封气囊保护系统用气6.盾尾注脂泵驱动设备用气主要元件：空压机、过滤器、气罐原理简图：人仓及保压系统泡沫系统气动油脂泵、气动球阀、各节拖车预留维修用气口、铰接紧急密封气囊空压机储气罐1m³过滤器空压机过滤器过滤器注脂泵驱动用气，气动球阀用气，盾尾气囊用气等，均为工业用气，要求保障一定的压力和流量。同时要通过分水滤气器，压力控制阀，油雾器等设备的调定。人行闸，土仓平衡供气系统，则为压缩空气，经初步滤水，滤油等处理后储存于储气罐内。同时在气罐出口，安装可供人呼吸使用的高级滤芯二次净化空气后供给到使用处。中途只进行调压处理。发泡系统可提供工业用气，中途只进行滤水，调压，调流量处理。不同用气系统的区别四水冷却系统土压平衡式盾构的冷却系统主要包括以下几部分：盾构机液压系统冷却;主驱动、大轴承系统的冷却;电变频器等系统冷却系统;盾构中部分冷却系统是为满足施工环境温度不高于30°而设置，施工单位可选择性配置。盾构机液压系统的冷却此系统主要是对盾构机整个液压系统部分用油进行冷却降温,即对盾构机车架配套油箱内油进行冷却。液压回路油由热交换器和水回路进行冷却配置有液压油箱冷却器冷却泵压力表过滤器管路等主驱动密封、大轴承系统的冷却此系统在不同盾构中应用方法不一:1.对主驱动密封处加以水套，对其供给流动水体，进而起到降温冷却作用。（此方法一般用于无稀油润滑系统盾构中）2.采用于大轴承齿轮啮合稀油润滑系统中，对油浴池内油体进行循环冷却降温，保证大轴承及集中润滑密封部位温度不会过高。五泡沫系统早期土压平衡盾构机适宜开挖的土壤范围较窄，开挖土层环境恶劣，含砂量较高时，土体与土舱面板的摩擦力较大，造成刀盘扭矩增大，刀具磨损较严重，螺旋输送机排土困难,扭矩大。同时因施工土体自立性差，造成开挖面土舱压力波动大，较难建立平衡，开挖面稳定性差，容易造成坍塌。施工土体粘性大土体较多时，土体流塑性差，容易粘附于刀盘和土舱壁，产生堵舱现象，形成泥饼。施工选址在经过开挖湖泊，或腹水丰富地层时，因土壤止水型差，经常出现涌舱现象。泡沫的作用（1）润滑作用。气泡包围土体，减小土体与土仓面板的摩擦力，降低刀盘扭矩。（2）稳定土舱压力。因泡沫中的气泡具有可压缩性，能减少土舱压力的波动性。（3）改善土体流塑性，可降低土体粘性。（4）阻水性。因气泡填充了土体颗粒间隙，使其渗透性减小，止水性增强。使用泡沫后，土压平衡式盾构对土质的适应范围得以扩大，其设备造价降低、控制操作容易、使用场地减小、弃土处理方便等优点有了更大的发挥余地。泡沫加注示意图原理简图：泡沫剂罐泡沫泵（变频调节）泡沫过渡罐泡沫发生器膨润土罐膨润土泵高压水泵外循环水混合液压缩空气高压水泵混合液高压水泵混合液高压水泵混合液高压水泵混合液泡沫发生器泡沫发生器泡沫发生器泡沫发生器刀盘、土仓、螺旋输送机气动球阀膨润土泡沫系统安装在桥架左侧平台六同步注浆系统盾构施工中，随着盾构的向前推进，因盾构盾尾外径与管片外径之间的差值将会在管片背后产生空隙（盾尾建筑空隙）。这一空隙若不及时充填则管片周围的土体将会松动甚至发生坍塌，从而导致地表沉降等不良后果。为此必须采用注浆手段及时将盾尾建筑空隙加以充填。同时，背衬注浆还可提高隧道的止水性能，使管片所受外力能均匀分布，确保管片衬砌的早期稳定性。注浆的作用：防止盾尾空隙坍塌、土体松散和地表沉降尽快稳定管片环的形状防止隧道出现蛇形、摆动抑制管片漏水鉴于注浆工作的特殊重要性，注浆工作的系统十分重要。砂浆在自备设备的制浆站生产完毕，通过电瓶车将砂浆运至洞内，再将浆液输入盾构机配备的带有搅拌器的贮浆罐中。跟随盾构机的掘进，由两台注浆泵经外部注浆管路使浆液通过盾构机尾部的暗置注浆管注入管片衬砌背后，达到填充盾尾建筑空隙的目的。七盾尾密封盾尾注脂系统要求与作用盾尾密封系统是采用三道钢丝刷，双室中注入油脂起到盾尾管片处与外界浆液层隔绝及润滑的作用。盾尾密封要求能承受0.3-0.4Mpa的泥水压力而不漏。盾尾密封脂都是采用机泵加入,因此盾构机密封脂中最重要的性能即是泵送性和抗水密封性,另外还应具有较好的粘附性。盾尾密封在压注油脂后，能耐水压0.3-0.5Mpa，实际应用中应根据工况压力而定。盾尾密封结构：室密封剂砂浆管片砂浆刷式密封1刷式密封3刷式密封2尾部机壳盾构施工系统组成盾尾油脂密封及砂浆注入点：盾尾密封系统简图气动油脂泵压缩空气气动球阀气动球阀气动球阀气动球阀气动球阀气动球阀气动球阀气动球阀盾尾注入系统设备高压气动注脂泵46：1隔膜式压力表气动/电动球阀压力传感器油脂分配装置高压球阀高压管线供给气源（泵用/阀用）注脂系统控制方式盾尾油脂注入系统通过PLC程序控制，压力传感器检测压力，气动球阀、分配器控制高压管路来实现其功能。加注油脂的方式一般分手动模式和自动模式两种：⑴手动模式是手动选择油脂管路进行压注油脂，当注脂点的压力达到预设压力值后，压注操作自动停止。⑵自动模式是以压力传感器监测压力为标准，自动循环强制定量注入，达到既定压力自行停止。