盾构机配电系统简介
盾构机各系统原理介绍(培训教材)
培训教材盾构机系统原理介绍（C型盾构）宏润建设集团股份有限公司二OO七年八月目录1.概要 (2)2.盾构壳体结构 (2)3.刀盘驱动系统 (3)4.刀盘装置 (5)5.盾构推进系统 (7)6.人行闸 (9)7.管片拼装机 ............................................................... - 10 -8.螺旋输送机 ................................................................ - 11 -9.盾尾密封装置............................................................ - 12 -10.液压系统................................................................. - 13 -11.集中润滑系统.......................................................... - 14 -12.稀油润滑系统.......................................................... - 15 -13.盾尾油脂压注系统................................................... - 15 -14.注浆系统................................................................. - 16 -15.加泥加水系统.......................................................... - 17 -16.冷却系统 (17)17.车架系统 (18)18.皮带输送机 (19)19.双梁系统 (19)20.单梁系统 (20)21.电气系统 (20)1.概要本教材主要内容为盾构机各系统设备的主要功能介绍。
盾构电气控制系统
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160A 160A 160A 160A 160A 160A
பைடு நூலகம்
400V/24VDC
主要完成参数设定、监控、管理功能
采用组态软件，西门子WinCC，施耐德的Factrylink 现场工控机与办公室的管理计算机组成局域网，将 洞内盾构机的信息传输到地面办公室，并储存起来。
操作画面
设定界面：设定盾构对象和控制参数 测量界面：显示盾构中各类检测仪器的测量值 掘进界面：施工时主画面，掘进参数、设备状态 历史曲线画面：以曲线形式显示历史施工数据，可按环号查询 报警画面：及时显示盾构设备运转情况和故障报警 报表 动态曲线 铰接画面：用于铰接操作和控制，并显示盾构姿态
盾构PLC控制系统组成（西门子）
主操作室（主站）
盾构机PLC控制系统配置
PC PC PC
电/光 光/电
控制系统配置示意图
TCP/IP
PC670 VMT
DP
浅析盾构机电气系统的设计概要
浅析盾构机电气系统的设计概要摘要：盾构机是集机、电、液、控等多种学科技术于一体，专门用于隧道工程开挖的技术密集型特种设备。
但其在隧道掘进施工过程中，设备上电气元件极易发生损坏、烧毁等故障。
基于此，本文对盾构机电气系统设计进行一些研究及分析，对提高电气系统的可靠性和盾构机掘进作业效率具有一定的指导意义。
关键词：电气系统；设计；盾构机由于盾构机是一种耗电设备多、耗电大的大型工程设备，在施工过程中很容易发生电气故障，导致电气部件损坏、发动机烧毁，甚至危及到操作人员的人身安全和引发其他严重后果。
这些问题会严重影响工程项目工期，并且还可能造成大量的生命财产损失。
产生这些情况的主要原因之一是电气系统的设计不合理，可靠性不高，因此要保证与盾构机有关的设备安全可靠运行，就必须对其进行合理、可靠的供配电设计。
盾构机的电力系统一般可分为四大主要系统：高压电力系统、低压配电系统、电动机控制系统和照明配电系统，本文主要从以上几个方面进行分析。
一、高压电力系统由于盾构机耗电大，输电距离远，因此通常使用10kV的高压电力。
从所属城市10kV电网接收电能，推荐采用辐射供电，由10kV高压开关站直接供电，既保证了电力供应的可靠性，又不会对工地周边地区的电力产生任何影响。
盾构机的高压电源主要包括：电缆引入柜、电源进线柜、计量柜、变压器出线柜等。
AH1是一根电缆引入柜，该线路是从本区域10kV变电站中引出的，并安装了避雷器；AH2是电源进线柜，带保险丝的输入线断路器或负载开关，有过电流和快速切断保护。
AH3是一种高压仪表，它是一种高压测量设备，它是一种专门的电压、电流互感器，它的供电结构是由一种特殊的电压和电流互感器组成的。
AH4具有过载、短路保护功能，适用大容量的变压器。
为了方便维保检修，通常，在地上装有一个高压配电箱，而在正常使用期间，则由建设单位负责保养。
图1二、低压配电系统1.系统形式盾构机的低压配电网通常为220/380V，而低压配电网应选用单相三线或三相五线供电。
中国中铁盾构电气控制系统介绍
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-返回界面（2）
3、主控室介绍
3.1、总体概述
主控室分为操作间和 电气控制间，操作间为盾构 司机操作盾构运行的控制间， 内部包含了主控制台、数据 采集计算机、导向系统及监 视系统等；电气控制间内部 包含了主可编程控制器（主 PLC）及拖车1（含设备桥） 的控制电气元器件等；
1、动力供配电系统介绍
1.3、高压系统组成照片—液驱盾构
1、动力供配电系统介绍
1.3、高压系统组成照片—变频盾构之电缆卷筒
1、动力供配电系统介绍
1.3、高压系统组成照片—变频盾构之箱式变压器
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成
组成：低压系统由变频器驱动系统（TC3）、泵站驱动系统 （TC2）、主控室系统（TC1）、盾体左系统(DTL)、盾体右 系统(DTR)、内循环水及皮带机系统(TC5)和线前系统(TC3) 组成。
2、PLC及数据采集系统
2.1、盾构采用PLC的意义
PLC可编程控制器系统具有系统功能强、可靠性高、抗震性 能好、编程容易、修改方便、扩充维修容易等一系列优点。
采用PLC可编控制系统的特点是盾构机所有传感器和控制信 号都输入到PLC，所有输出信号都由PLC发出的。方便建立各 种连锁关系。因此PLC可编控制器是掘进机的控制中枢。是掘 进机的大脑和心脏。
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成 变频驱动系统(TC3）布置在TC3的右侧，其功能只为 刀盘驱动系统服务。
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成 泵站驱动系统 （TC2）布置在 TC2的右侧，紧靠 液压泵站系统，为 液压系统提供动力 及控制（螺旋输送 机、推进、管片安 装、过滤循环、控 制、辅助、注浆） ， 同时为TC3及TC2 左侧的流体系统提 供动力及控制（膨 润土、盾壳膨润土、 泡沫、加水）。
海瑞克盾构机电气系统概述
海瑞克盾构机电气系统概述————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：海瑞克盾构机电气控制系统概述李剑祥（中铁六局集团有限公司深圳地铁2号线项目部广东深圳 518056）摘要：对海瑞克土压平衡盾构机电气控制系统进行概述，并分别对其配电系统、可编程控制系统和计算机控制及数据采集分析系统三个部分的设计进行总结，以加深对其整个电气控制系统原理的理解。
关键词：电气系统配电系统可编程控制系统计算机控制及数据采集分析系统0 海瑞克盾构机电气系统简介盾构机是一种集机械、液压、电气和自动化控制于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备，其技术先进、结构庞大。
如果把机械部分比喻成人的四肢，那么液压系统比喻成人的血液系统，则电气控制系统就是人的神经系统。
当前盾构机电气控制系统均采用世界上最先进、可靠的技术以保证系统稳定可靠地运行。
海瑞克盾构机电气控制系统分为配电系统、可编程控制系统和计算机控制及数据采集分析系统三个部分。
下面对该三个部分进行介绍。
1 配电系统盾构施工是参考工厂式的流程化作业施工，盾构机的配电系统设计原则也是参照工厂供配电原理设计的。
配电系统分为高压系统和低压系统，其用电设备列表如下：序号用电设备设备容量备注1 刀盘驱动945kW2 超挖刀7.5kW3 推进系统75kW4 管片安装机45kW5 螺旋输送机250kW6 皮带输送机22kW7 注浆泵30kW8 砂浆储存罐的搅拌器7.5kW9 液压油过滤泵11kW10 主轴承润滑4kW11 管片吊机2x2kW12 排水泵12kW13 冷却水系统7.5kW14 二次通风机11kW15 空压机110kW16 泡沫系统18kW17 补油泵55 kW18 其他设备75kW总功率1682kW1.1高压系统经过负荷计算，Sj1≈2000kVA，则选择的电压器容量为2000kVA，选择的高压电缆进线为UGP-3×50+1×25，选用的高压环网柜电压等级为12KV，容量为200A，变压器带温度和密封性故障报警。
盾构机的供配电和电控系统方案
防护等级
根据盾构机工作环境，选 择适当的配电柜防护等级 ，以防止灰尘、水汽等外 部因素对配电柜的影响。
断路器、接触器等元件配置
断路器选择
01
根据盾构机各回路的电力需求，选择适当的断路器，确保在发
生过载或短路时能够及时切断电源。
接触器配置
02
根据盾构机控制需求，合理配置接触器，实现对电机的启停、
正反转等控制功能。
选用高性能电气元 件
采用质量可靠、技术成熟的电气 元件，提高盾构机供配电和电控 系统的整体性能。
02
合理设计电路布局
03
采用先进控制策略
优化电路布局，减少电路中的干 扰和故障点，提高系统的稳定性 和可靠性。
引入先进的控制策略，如模糊控 制、神经网络控制等，提高盾构 机对复杂地质条件的适应性。
加强设备巡检，及时发现隐患
常见问题
电气设备故障、控制系统失灵、保护 装置误动作、参数设置不当等。
解决方法
检查设备及元件状态、排查线路故障 、调整参数设置、优化控制逻辑、更 新软件版本等。
运行维护保养计划制定和执行
制定计划
根据设备运行情况、使用环境、维护周期等因素，制定维护保养计划。
执行措施
按照计划进行定期检查、紧固、清洁、润滑等保养工作，并记录相关数据。
破坏。
定期检查与维护
定期对盾构机供电系统进行检 查和维护，确保系统的正常运
行和安全使用。
01
盾构机配电方案设 计
配电柜选型及布局规划
配电柜类型选择
根据盾构机电力需求，选 择适合的配电柜类型，如 低压配电柜、中压配电柜 等。
布局规划
根据盾构机工作环境和电 力需求，合理规划配电柜 的布局，确保电力供应的 稳定性和安全性。
盾构机电气控制系统
盾构机电气控制系统1、盾构机配电系统由高压配电系统和低压配电系统组成2、油浸式变压器有液位、温度及密封的检测装置，当达到临界值时会发出报警信号，一旦达到极限值可切断高压开关，保护变压器。
3、功率较大的电动机直接启动时有较大的冲击电流，为了避免启动电流对电网的冲击，对大功率的电动机采用软启动器启动，中小功率的电机采用星三角启动或直接采用启动方式4、中铁装备盾构机低压系统系统的组成。
主要由主配电柜（TC3）、主控室(TC1)、拖车2配电柜（TC2）、盾体左侧配电柜（DTL）、盾体右侧配电柜（DTR）等组成。
实现对盾构机各个系统的供电5、PLC是一种工业控制装置；是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。
6、下列可编程控制器的特点错误的是（ 2 ）（1）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强（2）通用性不强，控制程序不可变，使用不方便（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强（4）编程简单，容易掌握（5）系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维护方便（7）体积小，能耗低.7、中铁装备盾构机通讯系统说法不正确的是（3）（1）含人舱的三部防爆电话、三部声能电话及主控室一部普通电话，合计七部电话；必要时，可在适当位置增设电话。
（2）人舱三部防爆电话和主控室电话采用分机拨号方式；可以通过隧道光纤与隧道外项目部电话等实现通话功能。
（3）人舱三部声能电话在停电的情况下不，也能实现通话的功能。
8、中铁装备盾构机照明系统不正确的是（ 3 ）（1）由于隧道环境相对比较恶劣，粉尘多、湿度高，在淤泥质地层有可燃气体的可能；基于以上原因，照明灯采用三防灯具（防尘、防水、防爆）。
（2）考虑到隧道延伸需要更换高压电缆或紧急停电，部分灯具含有应急照明，当断电时，自动切换到应急照明功能（3）照明系统采用380V的电压9、高压电缆的防护（电缆沟、穿管、穿墙、弯曲、悬挂、标识）10、高压电缆的防护是安全用电的关键一环，下列说法错误（2）（1）在穿越的路面必须有电缆沟或穿管，（2）允许有露天地面敷设，（3）穿墙、弯曲、悬挂电缆都不允许有扭曲，强弯等应力集中。
盾构机的供配电及电控系统
• ①长期工作制（连续运行工作制）。例如隧道通风机、
水泵、空气压缩机、液压油泵及螺旋输送机的驱动电机
等负荷比较稳定的用电设备，它们在工作中运行时间较 长，温度比较稳定。
• ②短时工作制（短时运行工作制）。是指运行时间短而停
歇时间长，设备在工作时间内的发热量不足以达到稳定温 升，而在间歇时间内能够冷却到环境温度。电动机在停车 时间内，温度能降回到环境温度。如盾构机的后配套车的 行走电机
的重要的公共场所秩序混乱 。
三级用电负荷：不属于一二级负荷的即为三级负 荷。
盾构机属于三级用电负荷，由于我国大中城市城
域电网供电可靠性已达99.97%以上。故采用一路 10kV高压供电源供电。
•
•
但为了保障施工人员及设备的安全，建议地下照明可按二
级负荷考虑；另 外在一些特殊地区（水位较浅），隧道内设 有排水泵的环境中，排水泵亦可按一级负荷考虑。对于这些
•
当部分用电设备距供电点较远，而彼此相距很近、
容量很小的次要用电设备，可采用链式配电方式，但每一 回路环链设备不宜超过5台，其总容量不宜超过10kW。
•
采用何种配电方式要根据用电设备的情况具体而定。 一般盾构机中大容量的油泵电机、空气压缩机电机、刀盘 驱动电机、螺旋输送机的驱动电机及注浆泵电机都等采用
各种负荷做如下处理：
•
对不同工作制用电设备的额定功率PN用电设备组的总 容量并不一定是这些设备的额定容量直接相加，而是必须 先把它们换算为同工作制下的额定容量（一般折算为长期
工作制），才进行相加。
• （3）负荷计算方法 • 常采用需要系数法进行负荷计算 .对于同类型的
用电设备组，其负荷曲线具有大致相似的形状 .由于 该组电动机实际上不一定都同时运行，而且运行的电 动机也不可能都满负荷，同时设备本身及配电线路也
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一、盾构机的起源及发展史
布鲁诺尔构想的盾构机机械内部结构由不同的单元格组成，每一个单元格可 容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。采用的方法是将所有的单元格牢 靠地装在盾壳上。
当时布鲁诺尔设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压 千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。（第 一种方法后来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法）。
图为当时设计的土压平衡盾构示意图。
一、盾构机的起源及发展史
• 1974年第一台土压平衡盾构在东京被采用。该盾构由日本制造商IHI（石川岛 播磨）设计，其外径3.72m，掘进了1900m的主管线。
• 在以后的年代里，很多厂商以土压盾构、压力保持盾构、软泥盾构、土壤压 力盾构、泥压盾构等名称生产了“土压平衡盾构”称为“土压平衡系统”（EPBS）。
盾构法施工是利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法， 其中盾构指的是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌 块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预 制混凝土衬砌块。
盾构发明于19世纪初期，首先应用于开挖英国伦敦泰晤士河水 底隧道。
一、盾构机的起源及发展史 1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，最早提出了用 盾构法建设隧道的设想，并在英国取得专利。下图为布鲁诺尔注册专利的盾构。
一、盾构机的起源及发展史
• 1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。
• 1865年，英国的布朗首次采用圆形盾构和铸铁管片，1869年用圆形盾构在泰 吾士河下修建外径2.2m的隧道。
• 1866年，莫尔顿申请“盾构”专利。盾构最初称为小筒(cell)或圆筒(cylinder)， 在莫尔顿专利中第一次使用了“盾构” ( shield )这一术语。
• 1989年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开工。东京湾海底隧道长10km ，是世界最长公路专用海底隧道，用八台直径14.14m泥水加压式盾构施工。
• 1992年，日本研制成世界上第一台三圆泥水加压式盾构(由3个直径7.8m的刀 头构成，总长17.3m)，并成功地用于大阪市地铁7号线“商务公园站”车站工 程施工。
内容简介
盾 构 机 的 起 源 和 发 展 史
我
国
盾
构
盾
机 的 发
构 机 概 述
展
历
程
盾 构 机 的 构 造 及 工 作 原 理
盾 构 机 上 的 电 力 系 统
结 语
一、盾构机的起源及发展史
盾构机，全称为盾构隧道掘进机，其名称是由“盾构”和“隧 道掘 进机”组合而成。其中“隧道掘进机”说明该设备是一种隧道掘进 的专 用工程机械，而“盾构”二字则来源于盾构法施工。
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一、盾构机的起源及发展史
布鲁诺尔构想的盾构机机械内部结构由不同的单元格组成，每一个单元格可 容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。采用的方法是将所有的单元格牢 靠地装在盾壳上。
当时布鲁诺尔设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压 千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。（第 一种方法后来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法）。
此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统，设计成用全断面螺旋式开 挖的封闭式盾壳，衬彻紧随其后的方式。
1825年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m，并 由12个邻接的框架组成的矩形盾构修建隧道。每一个框架分成3个舱，每一个舱 里有一个工人，共有36个工人。
泰晤士河下的隧道工程施工期间遇到了许多困难，在经历了五次以上的特大 洪水后，直到1843年，经过18年施工，完成了全长458m的第一条盾构法隧道。
二、我国盾构机的发展历程
• 我国于20世纪60年代引进盾构技术，1962年2月在上海市城建局隧道处的塘 桥试验隧道工程中采用直径4.16m的一台普通敞胸盾构在两种有代表性的地层 下进行掘进试验，试验获得成功，采集了大量盾构法隧道数据资料。
• 20世纪80年代至2000年，随着改革开放和经济发展，地铁建设也由服务于战 备转为服务于经济发展。继北京、天津修建地铁外，上海、广州也相继修建 了地铁工程。地铁施工技术突破了原有浅埋明挖法的限制，盾构法施工方法 被引入地铁施工中。
• 进入21世纪，随着国家经济、技术的迅猛发展为地铁建设带来了重大机遇， 同时也为盾构技术应用和发展提供了广阔的平台和空间。国家有关部门已经 规定人口在300万以上、GDP值在1000亿以上、年财政收入在100亿以上的城 市可以建地铁。目前我国正处于轨道交通建设的繁荣时期，中国已经成为世 界上最大的城市轨道交通市场。同时，盾构机在越江道路、输气和市政排水 隧洞等工程中也得到了广泛应用。
• 1886年，格瑞海德在伦敦地下施工中将压缩空气方法与盾构掘进相组合使用 ，在压缩空气条件下施工，标志着在承压水地层中掘进隧道的一个重大进步 ，20世纪初，大多数隧道都是采用格瑞海德盾构法修建的。
一、盾构机的起源及发展史
• 1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以外第一个引进盾构的国家。 • 1963年，土压平衡盾构首先由日本Sato Kogyo公司(佐藤工业)开发出来。下
此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统，设计成用全断面螺旋式开 挖的封闭式盾壳，衬彻紧随其后的方式。
1825年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m，并 由12个邻接的框架组成的矩形盾构修建隧道。每一个框架分成3个舱，每一个舱 里有一个工人，共有36个工人。
泰晤士河下的隧道工程施工期间遇到了许多困难，在经历了五次以上的特大 洪水后，直到1843年，经过18年施工，完成了全长458m的第一条盾构法隧道。
• 1874年，工程师格瑞海德发现在强渗水性的地层中很难用压缩空气支撑隧道 工作面，因此开发了用液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流，以泥浆的 形式出土。
• 1876年英国人约翰·荻克英森·布伦敦和姬奥基·布伦敦申请第一个机械化盾构 专利。这台盾构有一个由几块板构成的半球形的旋转刀盘，开挖的土料落入 径向装在刀盘上的料斗中，料斗将渣料转运至胶带输送机上，再将它转运到 后面从盾构中运出，这一构想后来被用于修建地铁隧道工程。