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【隧道设备】盾构管片拼装系统介绍
发布:2014-12-09    浏览:3046    来源:    【

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  由于自动化操作系统相对比较新,所以管片拼装领域的工作一般就是在狭窄、肮脏和危险的空间内需要重体力条件下进行的。然而,因为大直径盾构的使用变得更为普遍,也日益推动安全、迅速和质量改善的需要。因此自动化拼装系统的技术研究加速了,并且通过这种方法实验被不同的项目采纳。结果,技术取得显著进步,迅速达到实际使用和受欢迎的阶段。

日立造船(Hitz)1989年开始这项开发,并在1994年发货第一台盾构机给跨东京湾公路项目,在那里这台盾构机超越了预期的推进率。

Hitz随后收下了3台12m直径盾构订单并成功地完成了项目。

涩川水库

从喂送管片到拧紧螺栓的一系列操作在涩川水库12.34m盾构机上实现自动化。自动拼装系统有一个定位装置,它由7个轴组成,所有这些是精确地伺服控制,为了精确定位管片位置到所需的空间地点。它可在其端部装配接近6t重的管片,精确度达到±1~2mm。

该系统由下列组成:沿着隧道壁装配并拧紧管片的“拼装系统”,喂送拼装系统的“管片喂送系统”,起吊管片并放下它们到管片喂送系统的“载运系统”,拧紧螺栓和螺帽喂送拼装系统的“螺栓和螺帽系统”,还有压顶管片的“盾构千斤顶”。

项目工程施工路线是一条陡峭120m曲率半径曲线,所以采用一种手工式物料输送机。可是在其它项目中,一台自动化物料输送机可以用来直接运输管片到管片喂送系统。为了实现高速,每个系统要尽可能同步完成其功能而不至于产生干扰。在定位时,该系统会学习前一块管片的拼装位置数据,改善其粗定位的精确度(不使用传感器)。这样可节省大量时间从而减少传感时间周期。本例子的管片包含着外径12.1m、内径11m和宽度1.2m的环切成10块。封顶块是锲形轴向插进。

图1  自动化管片电子系统顺序

表1  拼装时间减少结果


表1表明与东京湾盾构比较的时间比。涩川水库盾构因为各种改善措施表明有明显的时间减少。

这个系统所取得的改善有:

*构件刚性和重量减少的改良可增加速度和改善精度;

*简化结构,减少断裂比,从而减少调节点和改善维护性;

*通过扩大同步动作的应用范围使得时间减少;

*增添粗定位的学习功能,尽力减少传感。

后挂工程和机械的自动设施

·自动化管片载运系统

从车辆运送管片到拼装系统的自动化管片载运系统由自动行走系统和自动起重装置的起吊系统组成。使用4点起吊链条滑轮块,还有每台物料车载有一个环的管片。因装载物料车到拼装系统的过程是自动的,而管片自动起吊到准备下一次拼装,其周期时间可以减少。泥水盾构简单化的系统也有货可供。

·管片卸载系统

这是一个装载和卸载管片的系统。在两侧的铲车把管片从管片列车起吊,促成快速的卸载时间。这个系统在轮胎式车辆上特别有效,而别的交通运输是不可能办到的,因为它起的是管片存储系统的作用。铲车插入和抽出靠的是液压油缸,并由变频电力驱动液压缸,它同左右铲臂同步。附装一个自动化导向车AGV到管片车促成这个关联动作。

·管片再拧紧系统

在不稳定的工地管片螺栓再拧紧工作需要强劳动力。伴随着隧道直径增加,它也需要越来越多的高空工作。这样的工作随着使用拧紧机器人,从而可以全部自动化。

这样的机器人装有多关节的手臂,如同装在自行走车辆左右侧的提升系统上的拧紧系统。螺栓自动被找到,并与先前输入的传感器数字数据拧紧。拧紧动作通过电动伺服马达,能促使精确扭矩控制和自动记录各种操作数据。多关节的手臂在其端部可以搬运500kg荷载,并可以是多用型来应对不同隧道直径。

有了遥控螺栓再拧紧系统,操作员可同时望着视频摄像头图像完成再拧紧工作。

·垂直土方起吊螺旋输送机系统

既有起重机、一台垂直皮带输送机,气动式输送管或连续挖斗系统用来吊出挖土。可是间歇式排放、适用土范围的限制、上升的距离限制,一直是使用过这些系统的主要问题。为了对待更深隧道的建设和垂直竖井施工的空间节约,以及加速工程的进度,需要开发一种新型螺旋式提土系统。

·优点

*使用没有中心轴的带式螺旋可以通过压缩取得高效率;

*旋转式支持环和驱动机组装备在螺旋的外周,并成串地连接螺旋来平稳提升和输送渣土,理论上上升的距离无限制;

*由于封闭式和紧凑性的配置,因此对环境无不良效应;

*插入一根固定轴,可进一步改善效率;

*能够连续排土形成物料密封来保持压力。

·工厂内演示试验

螺旋直径和升程各为300mm和5mm。任何数目的螺旋可以直线安装,因为支撑段与驱动轴在该系统顶部和底部相连。

试验结果表明该系统适用于输送范围广大的物资。

·应用

除了隧道挖掘时抛弃挖土之外,该系统应用范围广阔,它的用途是对付废物、废弃食品、

泥渣、矿石,还有连续抛弃气压沉箱内的剩余土。

·未来的开发

下方表2表明该系统的规格。通过未来工地核实试验,该系统作为商品在完工时可以应用于各种工业现场。

岩石粉碎系统

由于炸药便宜并具有高粉碎力,因此炸药爆破岩石经过广泛使用。可是当使用炸药时,就会遇到有关安全的问题。因此在日本,用炸药控制法管辖爆炸性产品和其使用、储存和运输。此外,靠近工地的居民很少允许使用炸药。

因此,能够安全产生粉碎威力,又能与使用炸药取得相同威力的新实际可行方法预期可以实际使用。日立造船开发了一种有效的非炸药方法,“放电脉冲粉碎系统”EDICS已在多个施工现场使用过,用在拆卸钢筋混凝土构筑物和岩石、漂石的粉碎。

关于隧道挖掘,EDICS系统用来加宽隧道断面,挖掘垂直井和打碎TBM土仓内的漂石。

显然,EDICS在TBM挖掘时是有用的工具。

表2  规格


EDICS的基本

EDICS系统使用一种商业电源或者发电机,并包含有放电发电机,产生脉冲力的卡盒和电缆。放电发电机可以产生高达3000V脉冲。卡盒直径从10~30mm不等而其长度从50~100mm、连接放电发电机到卡盒的电缆长度从40~200m。储存在能充电1500~3000V电容器的电能,其中电容器包括在放电发电机内的,电能通过电开关通向卡盒。卡盒内起反应所产生的力稍微小于炸药所产生的。在日本,EDICS正在日益适用于粉碎钢筋混凝土构筑物、挖掘隧道和深基础施工。

图2  EDICS结构示意图

上述图2 表明EDICS配置。放电发电机转换商业AC电源为直流电压,其范围在1500~3000V而电能蓄积在电容器内。在几百个微秒内,通过一个半导体电子开关在电容器的蓄能供给电容器。其使用的是胆囊式卡盒。

卡盒有一对电极引线,通过这个可供作电源。卡盒包含有硝基甲烷和细金属丝,它连接两条引线。当电能从放电发电机供应到卡盒,细金属丝在几个微秒内蒸发而温度和压力由于金属丝蒸发造成电离子而增加。结果卡盒内硝基甲烷烧起来了而产生一个很大的力,这就促使目标物破裂。

EDICS的应用

EDICS可以容易地使用在城市地区,因为这是非爆炸物,而对人们和周围地区仅有的效应是轻微的瞬间震动和噪音。对这个方法进行如下所述:第一,产生了钻孔;第二,卡盒放在钻孔内而钻孔是阻塞的;第三,卡盒连接到放电发电机;第四,盖板安装完毕。第五,电能供给卡盒,再把粉碎成碎块和钢筋搬离去。一个周期可以在大约1h内完成。

图3  准备应用EDICS到漂石上


图4  经过2次应用,漂石完全震碎

在一个情况下,一台盾构机被一块0.5m漂石阻塞其排放管而停止使用,如果这样的话,EDICS用来破裂漂石,清理阻塞物。在这种情况下,使用EDICS比其他任何现有方法还要便宜、快速、安全。

EDICS用于靠近既有隧道边的隧道加宽。在一种情况下,既有道路在附近使用,因此,隧道挖掘受到振动限制,离爆破点5m处最大为50mm/s。

因为产生的高振动而难以应用炸药,而产生较低振动的EDICS被用在拓宽隧道,所造成的振动幅度低于50mm/s限值。

结论

EDICS是破裂岩石的一种实用技术,其所生成的力比炸药所产生的力稍微小些。因为这是一种安全和有效的技术。它的使用正在日本稳定成长,现在日立造船正企图在美国和其他国家取得EDICS使用的认证书。

此外,它早已用来帮助各式隧道的挖掘。


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