專利名稱：地鐵隧道盾構教練機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種盾構掘進機教學系統，特別是一種用于地鐵盾構機施工技術 教學演示用的地鐵隧道盾構教練機。
背景技術：
盾構法施工是城市地下軌道交通——地鐵常用的施工方法，已廣泛應用于國內外 各大城市的地鐵施工中。土壓平衡盾構掘進機是地鐵盾構施工的主要設備，其工作原理是 利用盾構掘進機中的電動機(或液壓馬達)驅動刀盤旋轉，切削地下開挖面土體，同時開啟 盾構機頂進油缸，將盾構機向前推進，使刀盤切削下來的土體充滿開挖面和盾構機前部隔 板間的土艙，隨著頂進油缸的向前推進，刀盤持續旋轉，被切削下來的碴土充滿泥土倉，開 動螺旋輸送機將切削下來的渣土排送到皮帶輸送機上，由皮帶輸送機運輸至渣土車的土箱 中，再通過豎井運至地面。當泥土倉和螺旋輸送機中的碴土積累到一定數量時，開挖面被切 下的渣土進入泥土倉的阻力增大，當泥土倉的土壓與開挖面的土壓力和地下水的水壓力相 平衡時，開挖面保持穩定，開挖面對應的地面部分不坍塌或隆起；保持從螺旋輸送機和泥土 倉中輸送出去的渣土量與切削下來的進入泥土倉中的渣土量相平衡，保證開挖工作順利進 行。當盾構機掘進一環的距離后，拼裝機操作工人操作拼裝機拼裝預制好的單層襯砌管片， 使隧道一次成型。為了培訓盾構機現場操作工人及建筑學校學生，將土壓平衡盾構機施工技術傳授 給他們，單純依靠教材上的文字、圖片及照片無法形象化地表達，因此亟待實用新型一種能 夠比較形象地演示土壓平衡盾構機施工技術的地鐵隧道盾構教練機，以提高培訓及教學的 效率。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種地鐵隧道盾構教練機，能夠直觀地將土壓平衡盾構 機施工技術演示、傳授給盾構機現場操作工人及建筑學校學生，以達到教學、培訓目的。為了實現這一目的，本實用新型的技術方案為一種地鐵隧道盾構教練機，其特征 在于在模擬盾構施工現場地下層依次布置模擬真實土壓平衡式盾構機出洞洞門、盾構機發 射架和地鐵車站平臺，盾構機發射架上依次設有盾構模型機切口環、支撐環、盾尾、管片，地 鐵車站平臺上設有反力架、后續臺車和運輸小車。盾構模型機切口環前端設刀盤，切口環內 前部設有與刀盤連接的刀盤驅動裝置，刀盤后方為泥土倉，切口環內裝有螺旋輸送機，切口 環后部與支撐環通過螺栓相連；支撐環內設有管片拼裝機，支撐環與管片之間安裝頂推油 缸，支撐環后部與盾尾通過螺栓相連；盾尾內后部裝有盾尾鋼絲刷；管片用支撐桿與反力 架連接；雙梁一端與支撐環后部連接，另一端與后續臺車相連；后續臺車上安裝皮帶輸送 機；后續臺車頂部安裝單梁，兩側布置液壓泵站和地下PLC電氣控制柜。在模擬盾構施工現 場地下層后續臺車內布置地下PLC電氣控制柜，在模擬盾構施工現場地面層布置PLC操作 控制臺，地面PLC操作控制臺與地下PLC電氣控制柜之間通過遠程數據通訊模塊連接。[0006]本實用新型的優點是能夠直觀地將土壓平衡盾構機施工技術演示、傳授給盾構 機現場操作工人及建筑學校學生，以達到教學、培訓目的，并且通過上述該土壓平衡盾構模 擬機實體模型和模擬機控制及虛擬系統相配合，可以比較形象地演示土壓平衡盾構機施工 技術，提高培訓及教學的效率。
圖1為本實用新型專利的地鐵隧道盾構教練機布置示意圖。圖2為本實用新型專利的地鐵隧道盾構教練機控制及虛擬系統示意圖。
具體實施方式
為了培訓盾構機現場操作工人及建筑學校學生，設計一套地鐵隧道盾構教練機 即按大致1 :3比例縮小制作了一臺土壓平衡式盾構模型機，盾構模型機與真實的土壓平衡 式盾構機一樣由主機系統、輔助系統、控制系統構成；教學系統還增設了采用計算機三維仿 真技術的模擬系統，能夠模擬真實土壓平衡式盾構機施工。主機系統的刀盤、螺旋輸送機、 皮帶輸送機、頂進油缸以及輔機系統中的管片拼裝機、后續臺車、運輸小車、單梁、雙梁均由 盾構模型機實體模型展示，能夠實現與真實土壓平衡式盾構機一樣的刀盤正反轉動切削、 螺旋輸送機正反轉動出土、頂推油缸伸出帶動模型機前進、管片拼裝機回轉、平移、提升管 片等功能。為了教學需要，盾構模型機還具有與真實土壓平衡式盾構機不同的特點1)盾構模型機切口環與支撐環頂部與側面局部開有窗口，能夠讓參觀者、操作者 可以看到殼體內的機構；2)盾構模型機內的頂推油缸的能夠回縮，帶動盾構模型機后退，實現模型機復 位；3)盾構模型機內裝有LED燈帶，用LED光帶的光點移動演示真實土壓平衡式盾構 機的注漿、注水功能；4)設計了簡化改進的管片拼裝機，實現了與真實土壓平衡式盾構機中的管片拼裝 機同樣具有的回轉、平移、提升管片等功能；5)盾構模型機內安裝了具有軸線測量支架、激光靶標；6)采用與真實土壓平衡式盾構機不同的電氣控制方式，對盾構模型機、管片拼裝 機、運輸小車由PLC進行統一的電氣控制；7)對盾構模型機、管片拼裝機、運輸小車的動作行程實行邊界限位控制；8)真實土壓平衡式盾構機主機系統中的超挖刀、出土閘門、同步注漿、添加劑注 入、油脂注入等不能實現的真實機部件、動作，由模擬系統以三維仿真圖像和動畫來表現。教學系統增設的，采用計算機三維仿真技術的模擬系統具有1)以三維圖象同步顯示盾構模型機的動作；2)以三維圖象顯示真實土壓平衡式盾構機應有的超挖刀、出土閘門、同步注漿、添 加劑(水)注入、油脂注入等盾構模型機實體不能表現的動作；3)模擬施工對象和施工環境，使盾構模型機的操作可以得到真實土壓平衡式盾構 機在真實環境里施工的施工數據、狀態信息；[0023]4)模擬真實施工中可能發生的故障、過載、缺料、偏差等異常情況，供操作者練 習；5)記錄、存儲盾構模型機操作情況；6)可以回放操作記錄，回看操作情況；7)可以進行遠程演示、遠程控制；8)具有教學管理功能。如圖所示，根據本實用新型的一個實施例，在模擬盾構施工現場地面層布置PLC 操作控制臺(內部設置組態顯示屏、2臺觸摸屏、操作面板、虛擬系統)。地面PLC操作控制臺 與地下PLC電氣控制柜之間通過遠程數據通訊模塊實現數據通訊聯絡。在模擬盾構施工現 場地下層依次布置模擬真實土壓平衡式盾構機出洞洞門1、盾構機發射架2和地鐵車站平 臺3，盾構機發射架上依次設有盾構模型機的切口環4、支撐環5、盾尾6、管片7，地鐵車站平 臺上設有反力架8、后續臺車9和運輸小車10。盾構模型機切口環前端設刀盤11，切口環內 前部設有與刀盤連接的刀盤驅動裝置12，刀盤后方為泥土倉13，切口環4內裝有螺旋輸送 機14，切口環4后部與支撐環5通過螺栓相連；支撐環5內后部裝有經簡化改進的管片拼 裝機15，支撐環5與管片7之間安裝頂推油缸，支撐環5后部與盾尾6通過螺栓相連；盾尾 6內后部裝有盾尾鋼絲刷17 ；管片7用支撐桿18與反力架8連接；雙梁19 一端與支撐環5 后部連接，另一端與后續臺車9相連；后續臺車9上方安裝皮帶輸送機20 ；后續臺車9頂部 安裝單梁21，兩側布置液壓泵站22和地下PLC電氣控制柜23。在模擬盾構施工現場地面層布置PLC操作控制臺24，內部設置組態顯示屏、觸摸 屏、操作面板、一套采用三維仿真技術的模擬系統。地面PLC操作控制臺與地下PLC電氣控制柜之間通過Controller Link實現數據 通訊聯絡。通過在模擬盾構施工現場地面PLC操作控制臺，分別控制1)刀盤驅動裝置，實現刀盤正反轉動和變速；2)螺旋機驅動超低速電動機和變頻器，實現螺旋機正反轉動和無級變速；3)頂推油缸伸縮，帶動盾構機模型及臺車前進及復位；4)拼裝機超低速電動機，通過小齒輪與拼裝機回轉架上的大齒圈嚙合傳動，帶動 拼裝機旋轉；5)拼裝機左右各一只提升油缸，實現拼裝機提升管片；6)拼裝機1只縱向位移油缸，實現拼裝機平移；7)運輸小車上的電動機，實現運輸小車在軌道上行走。通過在模擬盾構施工現場地面PLC操作控制臺中的三維仿真技術的模擬系統，還 可實現1)以三維圖象同步顯示盾構模型機的動作；2)以三維圖象顯示真實土壓平衡式盾構機應有但盾構模型機不能表現的動作3)模擬施工對象和施工環境，使盾構模型機的操作可以得到真實土壓平衡式盾構 機在真實環境里施工的施工數據、狀態信息；4)模擬真實施工中可能發生的故障、過載、缺料、偏差等異常情況，供操作者練 習；
5[0044]5)記錄、存儲盾構模型機操作情況；6)可以回放操作記錄，回看操作情況；7)可以進行遠程演示、遠程控制；8)具有教學管理功能。
權利要求1.一種地鐵隧道盾構教練機，其特征在于在模擬盾構施工現場地下層依次布置模擬 真實土壓平衡式盾構機出洞洞門、盾構機發射架和地鐵車站平臺，盾構機發射架上依次設 有盾構模型機切口環、支撐環、盾尾、管片，地鐵車站平臺上設有反力架、后續臺車和運輸小 車。
2.按權利要求1所述的地鐵隧道盾構教練機，其特征在于盾構模型機切口環前端設 刀盤，切口環內前部設有與刀盤連接的刀盤驅動裝置，刀盤后方為泥土倉，切口環內裝有螺 旋輸送機，切口環后部與支撐環通過螺栓相連；支撐環內設有管片拼裝機，支撐環與管片之 間安裝頂推油缸，支撐環后部與盾尾通過螺栓相連；盾尾內后部裝有盾尾鋼絲刷；管片用 支撐桿與反力架連接；雙梁一端與支撐環后部連接，另一端與后續臺車相連；后續臺車上 安裝皮帶輸送機；后續臺車頂部安裝單梁，兩側布置液壓泵站和地下PLC電氣控制柜。
3.按權利要求1所述的地鐵隧道盾構教練機，其特征在于在模擬盾構施工現場地下 層后續臺車內布置地下PLC電氣控制柜，在模擬盾構施工現場地面層布置PLC操作控制臺， 地面PLC操作控制臺與地下PLC電氣控制柜之間通過遠程數據通訊模塊連接。
專利摘要本實用新型公開了一種地鐵隧道盾構教練機，其特征在于在模擬盾構施工現場地下層依次布置模擬真實土壓平衡式盾構機出洞洞門、盾構機發射架和地鐵車站平臺，盾構機發射架上依次設有盾構模型機切口環、支撐環、盾尾、管片，地鐵車站平臺上設有反力架、后續臺車和運輸小車。本實用新型的優點是能夠直觀地將土壓平衡盾構機施工技術演示、傳授給盾構機現場操作工人及建筑學校學生，以達到教學、培訓目的，并且通過上述該土壓平衡盾構模擬機實體模型和模擬機控制及虛擬系統相配合，可以比較形象地演示土壓平衡盾構機施工技術，提高培訓及教學的效率。
文檔編號G09B9/00GK201903985SQ20102061431
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者周興大, 應建華, 王云飛, 程遠程, 許勇, 陳建民, 陳楓 申請人:上海市機械施工有限公司