五、盾構機的輔控系統及工作原理
盾構機的功能單元及其相應的控制系統大體上可分為主控部分和輔控部分。目前我司已經可以獨立承接盾構機上所有輔控系統的生產和除錯工作，正在積極努力介入主控系統中。前文中提及的刀盤驅動系統、推進系統、排土系統以及管片拼裝系統均屬於盾構機的主控部分。
那麼盾構機又有哪些重要的輔控系統及相關裝置呢？
1. 盾尾刷和同步注漿系統
盾尾密封油脂幫浦在盾構機掘進時將盾尾密封油脂和砂漿通過管路壓送到盾尾密封鋼絲刷與管片之間形成的腔室中，從而填補管片間的縫隙，防止地面沉陷，同時防止地下水和泥沙進入隧道中。
盾尾刷同步注漿系統示意圖
2. 土體改良系統
土體改良系統：對於在不同種類且高滲水性的土壤中（砂層、礫石等）中開挖時，需要進行土體改良來保證土壓平衡操作模式能夠順利進行（易於形成結塊從而保持螺旋輸送機內的水壓）。對於泥水平衡式盾構來說，為保證注入工作倉的泥水可以與盾構機前端的水土壓力抗衡，其必須以下特性：
高的可塑性；具有流動性，密度低；低的內摩擦；低的滲水性。而一般的泥土不經處理是不具有以上特性的，因此泥水平衡式盾構注入的泥水全部是由膨潤土調節而成。膨潤土往往被稱為盾構的血液，可見其重要性。
泡沫是另一種調節介質，適合於靠土壓支援的盾構在掘進過程中泥土粘性非常高的意外情況。經泡沫調節後的土壤有以下特點和好處：使支援壓力傳遞到隧道開挖面、流動性好、滲水效能低、良好的彈性、降低對盾構機的附著性、減少對盾構機的磨損、減少驅動功率。
泡沫是在泡沫發生器內用空氣對液體進行攪拌混合而獲得的。空氣和液體的劑量是通過 plc 和流量計來計量的。是否進行調整主要是根據掘進速度、支援壓力和所給的配方來決定。
泡沫發生系統有三種操作模式：手動、半自動和全自動。通過控制可控制球閥，盾構機操作手通過操作控制台元件向有關注入點將泡沫注入到刀盤前端、土倉和螺旋輸送機內。
渣土經發泡處理前後對比
為試驗複雜多變的地質環境，膨潤土及泡沫在盾構機的土體改良系統中往往是並存互補的。
泡沫注入試驗
3. 潤滑油脂系統
盾構機掘進時，潤滑油脂系統將潤滑油脂送到主驅動齒輪箱、螺旋輸送機齒輪箱及刀盤回轉接頭中。這些油脂起到兩個作用，，對於螺旋輸送機齒輪箱還有另外乙個作用，就是潤滑齒輪箱的球面軸承。
4. 通風系統
新鮮的空氣是由一條空氣管來輸送。抽風管從拖車一直延伸到整個後配套系統。它將盾體及液壓系統中的廢氣撤出，此管路中含有消音通風機。
通風機及管路保證了隧道中有持續的新鮮空氣提供。空氣通過壓縮後還用來驅動盾尾油脂幫浦和潤滑油脂幫浦，用來給人行閘、開挖室加壓，用來操作膨潤土、盾尾油脂的氣動開關，用來與泡沫劑、水混合形成改良土壤的泡沫等。
5. 水迴圈系統
在隧道中鋪設盾構機的進、回水管，將豎井地面的蓄水池與水管捲筒上的水管連線起來，與蓄水池連線的一台高壓水幫浦驅動盾構機用水在蓄水池和盾構機之間迴圈。正常掘進時，進人盾構機水迴圈系統的水有以下的用途：對掖壓油、主驅動齒輪油、空壓機、配電櫃中的電器部件及刀盤驅動副變速箱具有冷卻功能，為泡沫劑的合成提供用水，提供給盾構機及隧道清潔用水。
6. 氣體保護系統
盾構機在掘進中有可能會遭遇瓦斯洩露、一氧化碳超標、氧氣不足等種種危險，該系統通過測量氣體中的氧氣和有害氣體的含量，適時進行報警，保證工作人員的人身安全。
7. 冷卻系統
盾構機具有乙個封閉的迴路用以冷卻裝置上的電氣及液壓裝置。
8. 資料採集系統
採集、處理、儲存、顯示和評估與掘進機聯網所獲得的資料。比如壓力、水位、溫度、電氣引數等，通過分析這些資料作為盾構機控制系統的控制依據。通過資料採集系統，地面工作人員就可以在地面監控室中實時監控盾構機各系統的執行狀況。
資料採集系統還可以完成以下任務：用來查詢盾構機以前掘進的檔案資訊，通過與印表機相連列印各環的掘進報告，修改隧道中盾構機的plc的程式等等。
9. 隧道導向系統
該系統可以提供盾構機高精度地沿著設計路線掘進所需的必要資訊。為了進行檔案處理，測量到的盾構機姿態和管片資料可以在任何時候儲存、顯示或列印出來。
隧道導向系統可以隨時在電腦顯示屏上以圖形的形式顯示盾構機軸線相對於隧道設計軸線的準確位置，這樣在盾構機掘進時，操作者就可以依此來調整盾構機掘進的姿態，使盾構機的軸線接近隧道的設計軸線，這樣盾構機軸線和隧道設計軸線之間的偏差就可以始終保持在乙個很小的數值範圍內。每當推進一環結束後，隧道導向系統從盾構機plc自動控制系統獲得推進油缸和鉸接油缸的油缸杆伸長量的數值，並依此計算出上一環管片的管環平面，再綜合考慮被手工輸入隧道導向系統電腦的盾尾間隙等因素，計算並選擇這—環適合拼裝的管片型別。
10. 控制系統
控制系統用以控制盾構機的主要功能，所有系統都有失效保護，包括在錯誤情況下的錯誤操作引起的電路自鎖及斷路保護。所有的主要裝置均設定有預先報警系統及遠端的控制功能。其關鍵部件的硬體安全措施是與總控系統（plc）分設的。
這部分屬於我司電控事業部的內容，本文就不多作描述了。
11. 台車
台車是盾構機盾體後掛的配套拖車，盾構機上所有的裝置都置於臺車上。
配電技術部王蔚
2012-11-20
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