土压平衡盾构机推进液压系统的设计

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摘要：盾构机是城市地铁以及地下隧道施工建设的重要设施，目前我国城市化进程逐渐加快，范围也越来也广泛，盾构机的应用范围也在不断扩大，在工程施工过程中，盾构机所占的比例越来越大，发挥了及其重要的作用，盾构集中了土木、机械、液压、控制、电气、导向等科学技术于一体，成为施工中不可或缺的设备。本文主要针对土压平衡盾构机推进液压系统的设计展开研究和分析。

关键词：土压平衡；盾构机；液压系统

0.引言

随着我国的经济发展和社会需求，城市发展地铁交通已经成为解决当前交通问题的最佳方式。但是由于一些施工环境的影响，在城市中修建地铁隧道是不能够影响城市正常秩序的，对周围环境的破坏也要降到最低[1]。传统的工艺无法满足这些需求，因此发展新的施工方式已经成为迫切的需求。盾构施工法的出现很好的解决了这一问题，为城市的地下隧道以及地铁的建设提供了强有力的支持。

1.盾构机概述

盾构机主要是由辅助机构、护盾、衬砌机构以及挖掘机构等部分组成。辅助机械通常是由控制装置、注浆装置以及导向测量等组成；排土机械中的泥土式主要是由泥浆泵以及管道组成，土压平衡式主要是由皮带运输及以及螺旋输送机组成，衬砌机主要是由管片拼装机构成；护盾通常是由盾尾、切口环以及支撑环三部分组成；挖掘机构主要是有其他支撑装置、刀具以及刀盘组成；推进机构主要是由液压设备如液压千斤顶、油泵以及油马达等组成。盾构机的工作原理为：由圆柱体的刚组件沿着隧洞的轴线向前推进，对土壤进行挖掘。详情见图1.

2.推进液压系统设计

推进系统是盾构的关键系统，主要负责盾构的推进任务，要求完成盾构的同步运动、完成定盾构转弯、姿态控制以及曲线进行等工作。推进系统的主要控制目标就是有效的克服在盾构推进的工作中遭遇阻力的前提下，按照所处的施工地层的土质以及土压的变化，对推进的速度以及推进的压力进行无级协调调节，最终达到控制地表沉降以及减少地表变形的情况。盾构的动力传递以及相关的控制系统具有传递功率大、运动复杂以及作业环境恶劣等特征，而液压传动以及控制系统的固有特点能够满足盾构的需求。

2.1推进液压系统的设计

盾构机推进液压系统主要由液压管路、驱动泵、推进液压缸以及液压控制阀等设备组成，推进液压缸主要是安装在密封舱隔板的后部，沿着盾体周围均匀的分布，是推进系统的主执行机构[2]。因此，推进系统应当由放置在液压泵站的推进泵配置高压油或者通过各类液压阀的控制来实现工作。大型盾构推进系统的设计通常应当采用38根液压缸为推进系统的执行部分，均匀分布在盾体圆周上，部分液压缸内安置一个磁质伸缩式位移传感器，如此便可对液压缸的位移进行测量。详情见图2.

推进液压系统在主油路上采用的是变量泵来实现压力自适应控制，38根执行元件液压缸主要是按照实际盾构的控制方式进行，将其分为5组，分别进行控制。各个分组的控制模块都应当是统一的，主要由相关的监测元件、比例溢流阀、辅助阀以及比例调速阀等构成。例如盾构推进系统的主要技术规格为：最大推力为79000kN；最大的推进速度为60mm/min；推进油缸的数量38个；油缸行程为2500mm。

液压缸参数的设计为：每个液压缸多承受的作用力为

比例溢流阀的选择主要应当按照工程的实际情况进行，本文以系统最高压力为35MPa为例，选用DBET-50/3 G24K4M的无电反馈式电液比例溢流阀。

液压元件过滤器的设计：过滤器的主要功能就是清除液压系统工作介质中出现的固体污染物，保证工作介质的清洁度，延长元器件的使用寿命。而液压系统故障的主要原因就是由于介质产生污染导致的，因此过滤器对于液压系统来说是不可或缺的。整个系统中布置了8个过滤器，4个循环回油精过滤器、1个泵吸油过滤器以及3个系统回油精过滤器等，吸油过滤主要是为了更好的保护泵，因此应当选用大容量的过滤器。回油精过滤器主要是为了保证油箱的清洁，因此应当选用容量大且精度较高的过滤器[3]。额定流量是系统流量的1.5-2倍最佳，回滤器上应当设置压差发信号装置，出现堵塞时能够及时更换，预防背压过高的现象。

冷却器的设计：盾构机在运行的过程中，一定会产生庞大的热能，假如不能够及时的给液压系统降温，系统中的比例阀的泄露以及相关的功能都会减少，影响盾构机的整体性能。因此，冷却器的作用是非常关键的，应当合理的选择冷却器的型号，控制油温，改善系统的可控性。

2.2推进液压系统泵站的集成

按照液压动力泵站的结构形式以及冷却方式，推进液压系统在设计时应当使用风冷式装配结构，将主驱动泵、风冷却器以及电机安装在油箱的下方，如此便可有效的散热，使泵站的油箱单元结构更加紧密，节省了安装的空间。考虑到推进系统中的液压缸是均匀分布的，因此设计是应当使用集成阀将分组的集成阀集中的在一起，各个部分的集成阀块应当就近分布，统一安装在推进系统的后部，尽量靠近液压缸的无杆腔。

3.结语

盾构施工法主要是在地面下暗挖隧道的一种方式，使用盾构机在地下进行挖掘，能够有效的预防软基开挖面出现崩塌，保持开挖面稳定，能够在机内快速进行隧洞的开挖以及扯砌作业，且施工速度快，是修建地铁以及地下隧道的重要施工设备。

参考文献：

[1] 庄欠伟，龚国芳，杨华勇. 盾构机推进液压系统比例压力流量复合控制仿真[J]. 液压气动与密封. 2009（03）06-08.

[2] 胡国良，胡爱闽，龚国芳，杨华勇.土压平衡盾构地层适应性设计理论和方法研究[J]. 中国机械工程. 2008（16）18-20.