《基于盾构机施工的电气系统自动化控制技术研发与应用》

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该项目属于隧道工程电气系统自动化领域。

随着城市化进程的日益提速,盾构法隧道已经成为中国城市地铁隧道的主要施工方法。中国大部分盾构机依赖进口,价格昂贵,维护成本高,十分不利于本国建筑施工企业的发展。

该项目针对盾构机施工自动化控制技术进行成套系统的研发,以攻克地铁盾构机电气系统国产化为主线,确立了智能化数据采集系统、环境低影响冷却系统、新型网格式盾构机电气系统为研发目标。通过自主研发盾构机施工过程中涉及数据采集、环境保护、施工控制于一体的盾构机施工自动化控制技术体系,形成以下三大技术创新:

1)建立了基于SCADA系统的盾构机远程数据采集系统及应用早期盾构机采用的数据采集没有WEB发布功能,界面不直观,不能通过网络实现远程专家诊断。

该系统以及时获取施工现场盾构机实时运转、盾构施工参数及综合处理施工信息为目的,确保各项监控数据能顺利传输到公司总部监控中心的电脑上,实现统一监控、集中管理的功能。系统采集数据全面及时,几乎涵盖盾构机所有的驱动输出、信号反馈和技术参数。通过实时数据、图像的WEB发布,可以在网络上实时监视盾构机的各项运行数据,达到了真正意义上的远程异地监控。

2)研发了一种盾构机水循环冷却系统的控制系统复合式盾构机要求24小时不间断的高水压、大流量的冷却水,对供水要求高,一旦不满足要求,直接造成盾构机停止运行。大量冷却水不能重复利用,造成水资源的浪费。项目自主设计利用雾化喷嘴喷出雾化气体对水箱内部进行冷却并实现循环利用水资源的系统,单台设备日节水量约90立方米,每台每年可节约水费162万元,同时内置远程和本地控制模式,提高了自动化程度也增加了系统操控的便捷性;此外该系统能够适应短时间停水停电等应急情况,保障现场实际施工的顺利进行。

3)研发了整套新型网格式盾构机电气系统以往网格式盾构机操作分散,自动化程度较低,误操作后果严重,机械寿命短。通过对传统网格式盾构电气控制方面做全面改进,从推进、进排泥及管片拼装机控制系统等进行开发,增加联锁功能,简化操作界面和外部接线;集成以往分散的控制系统,提高自动化控制程度。由人机界面代替以往的主令开关控制,有效减少故障率。为今后的盾构机制造加工争取了电气技术上的主动权,根据实际施工经验作出不断改进,提高设备的技术含量。

基于以上创新,项目成果成功应用于多项国内大型盾构施工项目,为上海、天津、福州、宁波等中国多城市盾构机施工自动化控制技术提供了保障,获授权发明专利2项,发表论文1篇。近三年新增产值87865.17万元,新增利润5271.91万元,新增税收2996.20万元。研究成果对于改善盾构机智能化施工、绿色施工、盾构机自动化控制系统产生了重大的经济效益和社会效益,不仅为中国城市隧道施工的快速、稳健发展作出了重要贡献,同时也为今后盾构机智能化操作系统自主研发领域的科技进步和技术创新奠定了坚实的基础。

成果说明

在建的各大城市轨道交通隧道工程中,普遍面临地质条件恶劣、工况条件复杂、环境保护要求高等难题,该项目针对不同隧道项目盾构施工中实际情况,对盾构机在施工过程中碰到的问题进行深入研究,优化设备,对盾构机进行改良,在多项重大工程建设中推广运用,取得了良好的经济效益和社会效益。

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