[发明专利]土压平衡盾构掘进机教学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构掘进机教学系统，特别是一种用于地铁盾构机施工技术教学演示用的土压平衡盾构掘进机教学系统。

背景技术

盾构法施工是城市地下轨道交通——地铁常用的施工方法，已广泛应用于国内外各大城市的地铁施工中。土压平衡盾构掘进机是地铁盾构施工的主要设备，其工作原理是利用盾构掘进机中的电动机（或液压马达）驱动刀盘旋转，切削地下开挖面土体，同时开启盾构机顶进油缸，将盾构机向前推进，使刀盘切削下来的土体充满开挖面和盾构机前部隔板间的土舱，随着顶进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面保持稳定，开挖面对应的地面部分不坍塌或隆起；保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的进入泥土仓中的渣土量相平衡，保证开挖工作顺利进行。当盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作工人操作拼装机拼装预制好的单层衬砌管片，使隧道一次成型。

为了培训盾构机现场操作工人及建筑学校学生，将土压平衡盾构机施工技术传授给他们，单纯依靠教材上的文字、图片及照片无法形象化地表达，因此亟待发明一种能够比较形象地演示土压平衡盾构机施工技术的土压平衡盾构掘进机教学系统，以提高培训及教学的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种土压平衡盾构掘进机教学系统，能够直观地将土压平衡盾构机施工技术演示、传授给盾构机现场操作工人及建筑学校学生，以达到教学、培训目的。

为了实现这一目的，本发明的技术方案为：一种土压平衡盾构掘进机教学系统，其特征在于在模拟盾构施工现场地下层依次布置模拟真实土压平衡式盾构机出洞洞门、盾构机发射架和地铁车站平台，盾构机发射架上依次设有盾构模型机切口环、支撑环、盾尾、管片，地铁车站平台上设有反力架、后续台车和运输小车。盾构模型机切口环前端设刀盘，切口环内前部设有与刀盘连接的刀盘驱动装置，刀盘后方为泥土仓，切口环内装有螺旋输送机，切口环后部与支撑环通过螺栓相连；支撑环内设有管片拼装机，支撑环与管片之间安装顶推油缸，支撑环后部与盾尾通过螺栓相连；盾尾内后部装有盾尾钢丝刷；管片用支撑杆与反力架连接；双梁一端与支撑环后部连接，另一端与后续台车相连；后续台车上安装皮带输送机；后续台车顶部安装单梁，两侧布置液压泵站和地下PLC电气控制柜。

本发明的优点是：能够直观地将土压平衡盾构机施工技术演示、传授给盾构机现场操作工人及建筑学校学生，以达到教学、培训目的，并且通过上述该土压平衡盾构模拟机实体模型和模拟机控制及虚拟系统相配合，可以比较形象地演示土压平衡盾构机施工技术，提高培训及教学的效率。

附图说明

图1为本发明的土压平衡盾构掘进机教学系统布置示意图。

图2为本发明的土压平衡盾构掘进机教学系统控制及虚拟系统示意图。

图3为本发明的地下PLC电气控制柜示意图。

图4为A处的放大图。

图5为本发明的地上PLC操作控制台示意图。

图6为图5的控制台面板示意图。

具体实施方式

为了培训盾构机现场操作工人及建筑学校学生，设计一套土压平衡盾构掘进机教学系统：即按大致1：3比例缩小制作了一台土压平衡式盾构模型机，盾构模型机与真实的土压平衡式盾构机一样由主机系统、辅助系统、控制系统构成；教学系统还增设了采用计算机三维仿真技术的模拟系统，能够模拟真实土压平衡式盾构机施工。主机系统的刀盘、螺旋输送机、皮带输送机、顶进油缸以及辅机系统中的管片拼装机、后续台车、运输小车、单梁、双梁均由盾构模型机实体模型展示，能够实现与真实土压平衡式盾构机一样的刀盘正反转动切削、螺旋输送机正反转动出土、顶推油缸伸出带动模型机前进、管片拼装机回转、平移、提升管片等功能。

为了教学需要，盾构模型机还具有与真实土压平衡式盾构机不同的特点：

1）盾构模型机切口环与支撑环顶部与侧面局部开有窗口，能够让参观者、操作者可以看到壳体内的机构；

2）盾构模型机内的顶推油缸的能够回缩，带动盾构模型机后退，实现模型机复位；

3）盾构模型机内装有LED灯带，用LED光带的光点移动演示真实土压平衡式盾构机的注浆、注水功能；