计算机前端编程范文

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【关键词】建筑机电安装工程；投标阶段；施工阶段；预算书；工程造价

投标阶段与施工阶段是项目实施过程中的两个很重要的阶段。施工单位根据招标方的招标文件的各项要求编制投标书，通过自身的实力、良好的信誉、合理的竞争，最终中标拿到工程。在施工阶段，施工单位通过人工、机械、材料的消耗，最终完成实体工程的建设，并在此过程中实现工程建设的经济效益。

建筑机电安装工程师建筑安装工程的一个重要组成部分。虽然其造价占建筑安装工程总造价的比例不高，但建筑机电安装工程具有专业多，包含了给排水工程、消防工程、照明工程、通风空调工程、计算机网络工程及弱电工程等专业、技术含量比较高、工程造价琐碎复杂等特点。

在我国现阶段，建筑机电安装工程作为专业工程，往往采用建设单位直接发包或者总包单位进行专业分包两种方式。不管采用哪种发包方式，按照国家规定，工程金额达到一定数值，都必须采取招标方式进行工程发包。即发包方通过确定招标方式、划分标段、资格预审公告（或招标公告）、发售招标文件、评标、定标都过程确定承包商。施工单位通过购买全套投标文件，编制投标书，通过招标委员会的评标、定标等竞争阶段，中标后再与发包单位签订建筑机电安装工程专业分包合同。

投标书一般又三部分组成，即商务标书、经济标书和技术标书。笔者认为经济标书是投标书中最重要的组成部分，不可或缺。投标方通过经济标书可以给出一个有竞争力的报价。中标后招投标双方通过合同价的方式确定投标阶段的最终工程造价。经济标书是通过预算书来实现的。在我国现阶段，预算的编制有两种方式，定额计价方式和清单计价方式。在建筑机电安装工程的招标阶段，发包方根据自己的需要确定招标中采用的投标计价方式。在中标后签订合同阶段，根据合同计价方式的不同，建筑机电安装工程施工合同可以分为总价合同、单价合同和成本加酬金合同：

1 总价合同：

总价合同是指在合同中确定一个完成项目的总价，承包人据此完成项目全部内容的合同。总价合同又分为固定总价合同和可调总价合同。固定总价合同的特点是：总价被承包人接收后，一般不得变动。可调总价合同是投标及签订合同时以投标文件的要求及当时的物价计算总价合同，如果在合同的执行过程由于通货膨胀引起工料机成本增加到某一限度时，合同总价应予调整。

2 单价合同：

单价合同是承包人投标时，按招标文件就分部分项工程所列出的工程量表确定各分部分项工程费用的合同类型。单价合同可分为固定单价合同和可调单价合同。固定单价合同是以工程量表和工程单价表为基础和依据来计算合同价格的。可调单价合同，是指在合同中签订的单价，根据合同约定的条款，如在工程实施过程物价发生变化等，可以调整。

3 成本加酬金合同：

这种合同形式主要适用于工程内容及其技术经济指标尚未全面确定，投标报价的依据尚不充分的情况下，发包方因工期要求紧迫，必须发包的工程；或者发包方与承包方之间具有高度的信任，承包方在某些方面具有独特的技术、特长和经验的工程。

在建筑机电工程的施工阶段，对承发包双方来说，一项很重要的工作就是工程进度款的计算工作。换言之，在施工阶段，发包单位就施工单位之间工程造价的表现形式为工程进度款的结算。通过工程进度款的结算，施工单位将建筑安装施工行为转换为经济价值。一般来说，工程进度款的结算方式有两种，即按月结算与支付和分段结算支付。不管采用哪种结算方式，施工单位都要在施工过程中按月或阶段完成的工程数量计算各项费用，向发包人申请办理工程进度款的支付。不管投标过程中采用的是定额计价方式还是根据工程量清单计价规范形成的合同价，除成本加酬金合同形式外，合同价包含综合单价和总价包干两种不同形式。不管是总价合同还是单价合同，工程款的计算都涉及两个方面：一是工程量的计算 二是单价的计算方法。工程量的计量由施工单位向发包方上报本月已完成工程量，由发包方审核并经双方均同意计量结果后，双方签字确认。而单价则根据中标报价书确定已完成各项工程量单价。这里的中标报价书即为施工方在投标报价阶段所编制的投标报价预算书。根据中标报价书中的单价乘以相应的工程量，汇总后即可完成本月进度款的计算工作。

在理想的状态下，工程实际施工过程中所发生的工程量项目与中标报价书（投标预算书）中的项目是一致的。但是在实际的施工过程中，往往却不是这样。前面我们提到，建筑机电安装工程的诸多特点：1、材料种类多、规格多、品牌多2、新材料、新工艺、新施工方法层出不穷3、由于建筑机电安装工程要与土建工程、装饰工程相配合而导致的变更多等等。从而导致实际施工过程中施工项在报价书中缺项的情况。对于工程项材料单价的确定，一般情况下遵循的原则是在中标报价书中有相同项采用相同项，无相同项单价采用相近项单价，无相近项单价采用相似项。在无相同项、相近项、相似项的情况下，就需要甲乙双方共同确定工程项单价。但是在施工过程中，不管是中标报价书单价缺项项，就是相近项、相似项单价的确定，由于甲乙双方的认识不同，都会引起很大的争议，工程造价毕竟是一项涉及到双方经济利益的活动。

由上述我们可以看出，建筑机电安装工程投标阶段预算书的编制好坏对中标后施工阶段工程造价的影响。故在建筑机电安装工程投标阶段预算书（经济标书）的编制过程中，一定要注意以下这些事项：

如果在投标文件中，招标方提供了详细的工程量清单，则要依照图纸，对工程量进行逐项审核。如发现遗漏项应在招标答疑会上予以提出；

对于有些招投标项目，招标方的招标文件不提供工程量清单。此种情况笔者最近几年经常遇到在。这种情况下，如果招标文件中要求编制技术标，那么在编制投标报价书时，除了按照设计蓝图逐项计算工程量不予遗漏的前提下，还要参照技术标书中的施工组织设计或施工方案，一定要与拟采用的施工组织设计或施工方案一致。只有这样做，就不会在工程的施工阶段，计算工程进度款时单价缺项，做到尽量不留活口。如果招标文件不要求编制技术标书，更应该考虑到如果中标施工过程中的实际施工方法。

笔者曾参与了单位的一个项目投标工作。该项目为广州市番禺区的某商厦的水电安装工程。投标方的招标文件中没有提供工程量清单、也未要求编制技术标书。由于时间紧迫，工程量的计算由工程部的各专业的施工员计算。对于其中的一些情况，比如说图纸的一些线管未标明型号，水电套管的预埋未详细要求采用何种类型或者参照何种图集。在工程量计算书未列出详细的招标答疑，只是按照自己的施工经验确定了相应的规格型号。最终我单位中标该项目并签订了固定总价合同。在工程施工过程中，申请月工程进度款时发现电线管预埋Φ32线管在中标报价书中缺项，在投标算量时按Φ40计算；标准层的给水套管采用的普通穿楼板钢套管，而中标报价书均已刚性套管计，刚性防水套管与普通钢套管的单价相差甚远。由于单价缺项，甲乙双方为此消耗了大量的时间和精力来解决这些问题。对工程进度款的按时申请审批造成一定的影响。

综上，在建筑机电安装工程中，在投标阶段，预算书的编制一定综合考虑各种因素，考虑到如果中标后对施工过程中工程造价的影响。

参考文献：

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关键词:隧道施工;盾构机;地铁;控制测量;导向系统;姿态解算;修正曲线

0 引言:

20世纪70年代以来,盾构掘进机施工技术有了新的飞跃。伴随着激光、计算机以及自动控制等技术的发展成熟,激光导向系统在盾构机中逐渐得到成功运用、发展和完善。激光导向系统,使得盾构法施工极大地提高了准确性、可靠性和自动化程度,从而被广泛应用于铁路、公路、市政、油气等专业领域。

全面理解激光导向系统的原理,有助于工程技术人员在地铁的盾构施工中及时发现问题,解决问题,保证隧道的正确掘进和最后贯通;有助于国产盾构机研制工作的开展。

1 盾构机和激光导向系统的组成

1.1 盾构机的组成

盾构机按推力方式可分为网格式、压气式、插板式以及土压式和水压式;按形状划分,除典型的矩形、单圆筒形外,近年来又出现了双圆、三圆及多圆等异构形。它们的组成有一定差异。其中,土压式单圆盾构机在我国应用比较普遍。它主要由盾体(含刀盘等)、管片拼装机、排土机构、后配套设备、电气设备、数据采集系统、SLS-T激光导向系统及其他辅助设备组成。

1.2 激光导向系统的组成

激光导向系统是综合运用测绘技术、激光传感技术、计算机技术以及机械电子等技术指导盾构隧道施工的有机体系。其组成(见图1:激光全站仪(激光发射源和角度、距离及坐标量测设备)和黄盒子(信号传输和供电装置);激光接收靶(ELS Target,内置光栅和两把竖向测角仪)、棱镜(ELS Prism)和定向点(Reference Target);盾构机主控室(TBM Control Cabin):由程控计算机(预装隧道掘进软件,具有显示和操作面板)、控制盒、网络传输Modem和可编程逻辑控制器(PLC)四部分组成;油缸杆伸长量测量(Extension Measurement)装置等。其中,隧道掘进软件是盾构机激光导向系统的核心。

2 激光导向系统和盾构机控制测量在盾构施工中的地位和作用

地铁盾构法施工过程如图3所示。在隧道掘进模式下,激光导向系统是实时动态监测和调整盾构机的掘进状态,保持盾构机沿设计隧道轴线前进的工具之一。在整个盾构施工过程中,激光导向系统起着极其重要的作用:

(1)在显示面板上动态显示盾构机轴线相对于隧道设计轴线的准确位置,报告掘进状态(见图2);并在一定模式下,自动调整或指导操作者人工调整盾构机掘进的姿态,使盾构机沿接近隧道设计轴线掘进。

(2)获取各环掘进姿态及最前端已装环片状态,指导环片安装。

(3)通过标准的隧道设计几何元素自动计算隧道的理论轴线坐标。

(4)和地面电脑相连,对盾构机的掘进姿态进行远程实时监控。

从盾构施工基本过程(图3)可以看出,激光导向系统不能够独立完成导向任务,在盾构机始发、该系统启用之前,还需要做一些辅助工作:首先,激光全站仪首次设站点及其定向点坐标,需用人工测定。其次必须使用人工测量的方法,对盾构机姿态初值进行精确测定,以便于对激光导向系统中有关初始参数(如激光标靶上棱镜的坐标,内部的光栅初始位置及两竖角测量仪初值等)进行配置。

盾构机姿态是指盾构机前端刀盘中心(以下简称“刀头”)三维坐标和盾构机筒体中心轴线在三个相互垂直平面内的转角等参数。盾构机姿态除了可以通过人工测量、单独解算方式获得外,还可以由导向系统实时、自动地获取。用人工测量方式获得盾构机姿态的过程,被称作“盾构机控制测量”。盾构机控制测量的另一个作用是:在盾构机掘进过程的间隙,对激光导向系统采集的盾构机姿态参数进行检核,对激光导向系统中有关配置参数进行校正。

3 盾构机激光导向系统原理:

3.1盾构机激光导向系统涉及的坐标系 为了阐明激光导向系统的原理,首先介绍一些与盾构机及隧道有关的坐标系(见图4):

(1) 地面直角坐标系(O-XYZ):简称地面坐标系,根据隧道中线设计而定,一般为地方坐标系。洞内(外)控制点、测站点、后视点以及隧道中线坐标,均用该系坐标表示。

(2) 盾构机坐标系(F-xyz):在盾构机水平放置且未发生旋转的情况下,以盾构机刀头中心前端切点为原点,以盾构机中心纵轴为x轴,由盾尾指向刀头为正向; 以竖直向上的方向线为z轴, y轴沿水平方向与x、z轴构成左手系。盾构机坐标系是连同盾构机一起运动的独立直角坐标系。盾构机尾部中心参考点、盾构机棱镜等相对盾构机的位置都以此系坐标表示,这些坐标由盾构机制造商测定并给出 。

(3) 棱镜中心坐标系(P-x’y’z’): 原点为安装在盾构机尾部的棱镜的中心,与盾构机坐标系平行。

除此之外,为了解算还引入了其他一些空间辅助坐标系,从略。

3.2描述盾构机姿态的要素

描述盾构机姿态的参数有:刀头坐标(xF',yF,zF):水平角A;倾角α;旋转角κ。如图4所示。

由盾构机姿态及设计隧道中线,可推算如下数据:刀头里程:刀头、盾尾三维偏差;平面偏角(Yaw):盾构机中心轴线和设计隧道中线在水平投影面的夹角;倾角(Pitch):盾构机中心轴线和设计隧道中线在纵向(线路前进方向)竖直投影面的夹角;旋角(Roll):盾构机绕自身中心轴线相对于水平位置旋转的角度。

3.3激光导向系统原理和工作过程

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[关键词]变频调速 涡流制动系统 超静 PLC―工控机网络

一、工程简介

武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥为(98m+196m+504m+196m+98m)世界首座双塔三桁三索面公铁两用斜拉桥,国家重点工程.。主桥钢桁梁总长1092米,通行活载2万吨,主跨504米,共分为78个节段,其中26个散拼段、52个整拼段。斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁,三片主桁,桁高15.2m,桁宽2×15m,节间长度14m,节段最大重量为650t。这种钢桁梁节段重量大,结构复杂。过去国内采用散拼方式,工期长,劳动强度大,成本高。为确保全桥钢梁架设安全、质量与工期,中铁大桥局自主创新,优化设计,打破传统散拼钢梁架设工艺模式,首创特大型钢桁梁“整桁段钢梁架设”新工艺。该工艺将钢桁梁在工厂整体制造、拼装、焊接,经船运至桥址整体吊装,使现场作业工厂化、高空作业平地化、水上作业陆地化、零散作业整体化,减少了钢梁架设高空拼装作业的安全风险,确保了钢梁栓焊不受气候条件制约,使架设进度由常规半个月一个节间缩短到8至10天。为实现这一新工艺,JQJ700架桥机的设计迫在眉睫。它的研制成功为,“整桁段钢梁架设”新工艺目标的实现提供有力保证。而JQJ700架桥机电气系统的研发也成为整个架桥机系统的核心部分。本文就该桥使用的7JQJ700架桥机的电气系统做一介绍。

二、电气总体方案设计

1. 总体方案的确定

总体方案主要由一下几个方面确定。

(1)架桥机机架结构主要由三片菱形构架和平联系组成。菱形构架长35m,高13.5m。设备驱动电机及各传感装置分散。采用何种控制模式提高JQJ700架桥机电气系统可靠性及设计简单化

(2)桁梁整体节段最大重量700t,大吨位钢梁的安全起吊及下放控制。

(3)根据三片主桁对受力不均匀敏感性的分析结果,三个吊点最大起吊能力分别设定为:中桁吊点300t;边桁吊点250t。在起吊过程中桁梁载荷的动态调整控制。

(4)由于桥高68m,卷扬机采用LIBAS卷筒以适应大高度起吊。电气系统需要对卷筒同步性经行精密控制。

(5)为满足整节段放任精确拼装,采用微动性能好的变频调速电驱动方式和液压驱动方式相结合,吊具可对整体节段实施全方位的调整。

(6)为满足整机前移的要求,架桥机底盘纵走机构的控制。

2.主要设计难点

第一,JQJ700架桥机电气系统可靠性及简单化设计。第二,重位能负载条件下放和二次起升的安全操作既系统采用变频器对位能性质负载条件下的异步电机进行调速控制。第三,实现三组独立的起重卷扬机在长行程起吊过程保持高度同步。第四,PLC――工控机网络组建。控制系统设计中对这四个难点的解决方法,在工程机械自动控制的新技术应用方面具有创新特点和实用意义。

3.电气系统主要部件

JQJ700架桥机电气系统主要由动力配电、主起升电力拖动、计算机集中控制管理系统、吊具调整控制、吊点纵横移控制、机架步履走行控制、照明及辅助设施、安全报警装置等组成。

(1)主起升电气系统

主起升设备为三组双卷扬机,由六台45kW变频电机拖动,左、中、右三组六立电机各由一台变频器控制。起重卷扬机在一台电机轴端安装涡流制动器。通过涡流制动器、变频器和控制电路构成变频调速―涡流制动系统,改善重载下放过程操作控制特性;变频器建立双闭环自动控制回路:以电机转速为控制对象建立的电压负反馈回路,使电机转速在调速及重物下放过程性能平稳;采用变频器-涡流制动器组合调速控制方式,保障重载位能负载条件下放和二次起升的安全操作。

(2)液压部分的电气控制及操作

700吨桥面步履式起重机的液压部分的电气控制主要包括吊具调整液压控制、吊点纵横移液压控制、机架步履走行液压控制三部分。根据施工实际状况需要,吊具调整液压控制、吊点纵横移液压控制、机架步履走行液压控制等电气设备的控制独立于起重机集中控制系统,现场操作。

(3)计算机集中控制及安全系统

计算机集中控制系统是由工业控制计算机、PLC、现场下位机、接口电路及装置构成。计算机集控系统将对起重机工作状态,载荷吨位,起升距离,同步控制进行显示和操作,并对危险动作进行报警和限动输出。

三、设计难点解决方案

1.重位能负载下放解决方案

一般负载条件下采用变频器对异步电机进行调速控制,能实现电机平稳调速运行。但对拖动位能性质负载的异步电机,采用变频器进行调速控制,目前还存在难以很好解决的问题。起重卷扬机工作对象是典型的位能性质负载。显然要控制重载下放速度,基本途径为外施制动力矩和使电机进入再生发电状态,靠能耗产生制动力矩。目前较多实例是采用能耗制动,具体办法是加大变频器容量,同时配置足量的制动单元和制动电阻,代价昂贵。仅制动单元和制动电阻的成本和规模(体积)都远超过变频器本身。国外也已开发了起重专用变频器,价格昂贵,国内还鲜见使用。本项目经过对可能使用的制动方式进行全面分析,对一种颇具历史的制动器涡流制动器,按其特有的动态制动性能,合理利用,设计使用变频调速―涡流制动系统。涡流制动器具有动态制动特性。与电机同轴端安装的涡流制动器,其制动力矩大小除和涡流制动器工作电流Iw有关,还和电机转速n有关。从理论上分析,在一定工作范围内,涡流制动器的制动力矩与工作电流有近似比例的关系,而与电机转速则近似于平方的关系。这两点特性非常重要,制动力矩在低速状态时很小(零转速时制动力矩为零),几乎不影响电机低速状态的运行。而随着转速的增加,制动力矩迅速变大。变频调速―涡流制动系统的建立,杜绝了变频器控制重载下放时的“溜钩”发生。所选用的YZRDW250型涡流制动器,当转速在500r/min时,制动力矩接近1000Nm(Iw=5A),已远大于卷扬机高速端的推杆制动器制动力矩(630Nm)。显然,其动态制动特性足以抑制重载下放时因重力加速度作用引起的速度不断增大,下放速度将被稳定在一个动态调整点上。在下放过程,变频调速―涡流制动系统通过对起重载荷、电机转速等相关数据的采样值,和变频器的运行状态参数比较,适时对涡流制动器的工作电流进行调整。根据这些运行数据,控制系统向调整元件输出相应的控制指令,对涡流制动器的工作电流进行调整。变频调速―涡流制动系统的控制电路主要由单片机、PLC单元组成。控制过程则主要基于软件编程实现。

2.二次起升的安全操作

二次起升是指起重机将起重物起离地面,悬停后,进行二次升降操作的特殊工况,二次起升操作的关键是解决重力与起升力平衡,传统起重设备由于控制技术落后,在二次起升操作过程中,起升力矩建立较缓慢,起重物在重力的作用下出现加速下滑,易造成设备失控,并对整体结构造成冲击,是起重事故的主要原因之一。JQJ700架桥机是三主桁梁结构架桥机,700吨起重量均布于三主桁梁,如不解决二次起升过程中的冲击,极易在二次起升过程中对机架结构进行毁灭性损坏。理想的二次起升配合关系是:起动时,变频器输出一个很低的频率,此时机械制动闸瓦不能松开,直到磁场建立起来,输出频率所产生的电磁转矩正好等于负载转矩,再松开机械制动闸瓦,此时,电动机将处于零速度状态,通过频率逐步升高,电动机开始启动,这个理想配合关系实际上很难实现,原因是负载转矩是变化的,无法预先确定输出多大的低频率来建立磁场,而制动闸瓦松开以前也不可能使电动机电流参数去测定负载转矩,制动闸瓦松开瞬间电磁转矩与负载转矩是不能真正平衡的。为了解决JQJ700架桥机平稳安全的二次起升操作,JQJ700架桥机是通过计算机系统根据检测的电机转速信号和给定的操作值进行比较分析,按重载位能对电机工作状态的影响情况,投入适当功率容量的制动单元和能耗制动电阻,通过调整变频器-电机-涡流制动器组动态制动性能,在制动闸瓦松开前变频器获得零速指令,输出一个零频率电流建立电动机磁场但不产生电磁转矩。在配合高速端的推杆制动器闸瓦和低速端的盘式制动器闸瓦开启,在闸瓦开启瞬间,会产生轻微下溜。下溜的速度与变频器得到的零速信号就有了差速,计算机系统检测到差速信号后,控制变频器迅速产生一个对应电磁转矩将其稳住,然后在获得运行频率指令,频率升高开始起动,停止时,先输出零速度指令而不撤销运行指令,待电动机转速为零后,机械制动闸瓦抱住,计算机系统检测无差速信号后,变频器运行指令才撤销。从而保证重载条件进行下放和二次起升可以获得良好的操控特性和安全保障。

3.JQJ700架桥机同步控制系统工作原理

JQJ700架桥机以三臂抬吊方式进行桥面架梁作业,吊梁过程两侧边桁梁臂要求三组起重卷扬机组(6台卷扬机)保持高度同步。由于被架钢梁有30米宽,在提升过程中,钢梁中部因自重发生钢结构变形下绕,钢梁左中右三点均衡受力情况下,中桁梁下绕80mm。如按传统钢梁左中右卷扬机组取位移同步,则左右桁梁吊点按理论计算,单点受力大于350吨,远大于单桁梁额定起重量300吨。为满足设计需要,起吊过程保持“超静”状态,整个起吊过程通过计算机系统对三起吊点同时按两个控制对象(工作行程和电机转矩)实行监控,三起吊点按指定方式操作运行,首先,运行过程以一边吊点(左)的工作行程为基准,另一边吊点(右)按此基准进行精确跟踪控制,由计算机系统根据检测的卷扬设备钢绳线位移量计算出两边吊点工作行程偏差值,适时校正对变频器输出的工作频率控制量,通过调整相应卷扬机组的运行速度完成工作行程跟踪控制;同时,中间吊点卷扬机组则按满足“超静”起吊要求的载荷分配值进行控制,即中间吊点卷扬机电机转矩对两边吊点卷扬电机工作转矩进行精确跟踪,计算机系统根据卷扬电机工作转矩的检测值,按“超静”起吊要求计算出中间吊点电机的合理工作转矩作为中吊点卷扬电机的转矩设定值,根据电机实际转矩与设定转矩的偏差值,适时校正中间卷扬设备变频器的工作频率控制量,调整中吊点卷扬机组运行速度,达到三起吊点保持“超静”起吊控制目标。由于对电机转矩直接实行监控,有利于合理选取和有效均衡取用卷扬机功率,避免三吊点失步引起卷扬电机超载。

4.PLC――工控机网络组建

JQJ700架桥机为菱形构架,主纵梁主纵梁之间的间距为15m,拼装后最大外形尺寸31.4m×25m×15m。主电控柜采取卷扬机就近安装原则,减小变频器至卷扬机电力电缆长度,均布在架桥机结构架尾部。以减少变频器输出端电磁干扰问题。电控室因架设工况操作需要,设置在结构架前端,具有良好可视性,方便施工指挥。电控室与控制柜之间距离较远,采用MUDBUS总线将PLC――工控机核心控制器组建成网络,对设备整体进行信号采集,操作控制,安全保护显示。

四、结束语

武汉天兴洲长江大桥JQJ700架桥机,已于2007年10月在武桥重工研制成功,11月4台JQJ700架桥机在武汉天兴洲长江大桥工地南北两侧主塔现场拼装完毕,并试吊成功。于2008年月顺利完场钢梁架设任务。施工期间共经行了54次整节段的吊装。施工过程,设备运行良好,无任何事故及故障。赢得业主中铁大桥局集团的好评,也通过实践验证了设备设计的成功。为大桥施工又拓宽了一套工法。使现场作业工厂化、高空作业平地化、水上作业陆地化、零散作业整体化,减少了钢梁架设高空拼装作业的安全风险,确保了钢梁栓焊不受气候条件制约,使架设进度由常规半个月一个节间缩短到8至10天。同时为大型施工设备的研发积累不少有益经验。这次武汉天兴洲长江大桥JQJ700架桥机研发制造,也有一些需要进步改善的位置如PLC――工控机网络可向CANBUS、PROFIBUS等先进总线技术发展,进一步提高设备的总线化,从而提高通讯的准确性、实时性,以及施工的强度。

参考文献:

[1]朱旭初,秦顾全,邵长宇.武汉天兴洲公铁两用长江大桥正桥总体方案研究[J].桥梁建设,2007,(01).

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主要结构

S657土压平衡盾构机主要部件见图1。

盾壳

盾壳主要由前盾（又名切口环）、中盾（又名支撑环）、盾尾组成，前盾与中盾采用直接被动铰接连接，盾尾是通过被动铰接液压缸与中盾相连。前盾和中盾支撑隧道掌子面并承担刀盘接触压力。22组（11组单11组双）推进液压缸（其中6套内置有行程测量装置）的活塞端支撑在压力壁上，活塞杆端可机械调节，推进液压缸的顶推作用在管片上。舱壁有8个用于注射增塑剂如泡沫和/或膨润土的注射口，盾体上有16根倾斜和8根水平的超前钻机管线，包括导管、法兰盘和球阀。盾尾采用四排钢丝刷密封，盾尾油脂泵向钢丝刷连续供应油脂。并备有6+6备用DN50mm双液注浆通道（6条备用的通道）。

刀盘驱动

刀盘驱动为电驱动式，11台250kW的变频电机提供动力。刀盘转速可以在0～2.75r/min之间变化。刀盘驱动主要由主轴承、密封支撑、环形法兰、密封接触环、内外密封系统、带轴承的小齿轮以及主电机的齿轮箱等组成。

主轴承是一个三维滚柱轴承，内啮合大齿圈是主轴承的一部分。带有不间断齿轮油添加和水冷却的11个液压马达驱动三级变速器。驱动大齿圈的小齿轮装在滚子轴承上，可以消除重压下啮合几何结构偏移。小齿轮与变速器相连，变速器与液压马达相连。

小齿轮或轴承腔由内外密封系统和工作腔隔开。一个三道密封系统均有不间断的油脂。这个三道密封都是耐用的网状加强型唇密封。油脂均匀的供给第一道和第二道，第三道密封由相邻的小齿轮箱里的油进行。第二道和第三道唇封间有一个向后的开口以进行漏油检查。加固的连接环用来做唇封的接触面。

推进系统

主机的向前推进由推进系统来实现的，推进系统主要由推进液压缸、液压泵站及控制装置组成。推进液压缸采用单缸与双缸共用设计，每对液压缸都均匀分布于盾体周围。液压缸作用在前一环的混凝土管片上，借助铰接的撑靴将力均匀地分散在接触表面，以防止对混凝土管片的任何一点损坏。

推进液压缸分为4组，共33根液压缸。每组液压缸均能单独控制压力的调整，为使盾构机沿着正确的方向开挖，司机可以调整4组液压缸的压力。液压缸也可以单独控制。

人仓

双室双仓（3+2人）人仓位于刀盘的脊部区。人员通过压力壁中的门进入工作面仓，人员可以相互独立的通过这两个分离的单室人员仓和初入门。用来进入开挖室和隧道掌面以便在压缩空气下进行维修操作。满足作业人员在带压情况下快速地进行检查、更换刀具以及检查、维修刀盘内其它部件的要求，采用并列式双舱人闸。人闸由主人闸室和应急人闸室及构成，主人闸室可容纳3个人，应急人闸室可容纳2个人。主仓室用于一般的工作。实际上，主人闸室拥有自己单独使用的压缩空气供给和通风网络系统，使主仓能完全安全地独立使用。应急人仓室加压不能高于主人闸室。仓内备有防爆电话机、压力表、温度计、座椅、加热器、防爆照明灯和应急照明、减震装置、时钟、压力计和压力记录仪。

螺旋输送机

螺旋输送机装备功率315kW，由伸缩筒、出渣简、液压马达、螺旋轴、出渣闸门组成。螺旋输送机共有三道闸门组成，前闸门一道后闸门（也叫卸料闸）两道。在机器维修保养时，由滑动式出渣闸门将出渣筒关闭。滑动式闸门由液压液压缸操纵，还有紧急功能是，如果断电，闸门可以自动关闭。在通常情况下，螺旋输送机的前端达到土仓内。螺旋输送机也可以从土仓内缩回。螺旋输送机的伸缩是由2个伸缩液压缸和伸缩筒组成，最大伸缩行程1000mm。螺旋输送机的驱动单元则是由轴承，减速箱和液压马达组成。螺旋机出渣筒前段和筒内的螺旋轴前三个螺旋叶片段上都有Hardox耐磨保护块，出渣简直径为1000mm，上面有2×4个泡沫/膨润土注射口和2个土压传感器。

皮带输送机

皮带输送机将渣土从螺旋输送机出渣口返到渣车，它由皮带（宽度1000mm）、驱动装置和卸渣站组成，并备有皮带机张紧机构和跑偏调整机构。

管片安装机

管片安装机安装在盾尾后部，操作员通过移动操作盒操纵管片安装机进行安装衬砌管片。管片安装机由行走梁、框架、旋转架、真空吸取装置及真空泵、带机械抓举系统和驱动单元（包括减速箱和液压马达）组成。本机在管片案机上并预留超前钻安装位置及接口。

后配套系统

后配套系统由后配套拖车、连接桥及安装在其上的辅助设备组成，由盾构机牵引。拖车系统外还有包括管片吊机和管片输送车。

1号拖车上主要装有控制室（拖车上部）、同步注浆系统、主泵站、主油箱等。连接桥上主要装有泡沫装置和油脂系统。2号拖车上主要装有3号配电柜、变压器和双液注浆系统的中的加速济系统装置。3号拖车上主要装有2号配电柜、双液注浆系统的中的B液注浆系统和两台空压机。4号拖车上主要有一号配电柜和一个膨润土罐。5号拖车上主要有主变压器、高压开关柜、应急发电机和一个膨润土罐。6号拖车上主要有休息室、卫生间和工业水箱。7号拖车主要有电缆卷筒、水管卷筒、内外循环水交装置（上部）、污水水箱、和风筒的进气装置（上部）。

泡沫和膨润土系统

本系统用于泡沫的产生和控制，由泡沫罐（1m3）、泡沫发生器（8个）、液体控制装置、气体控制装置、测量仪器、控制PC机、注入泵等组成。在泡沫发生器中，气体和液体进行机械混合产生泡沫。根据掘进速度和支撑压力参数等，向刀盘、开挖仓、螺旋输送机注入泡沫。

膨润土是在现场拌合并送到储存罐中。通过注入泵，将膨润土泵送到开挖仓和螺旋输送机进口处。2个9m3带有气动搅拌的膨润土搅拌罐和3台挤压泵组成，压力膨润土罐连接与Samson空气调节，通过调节Samson系统改变其压力。

主要系统功能

盾构掘进系统

掘进系统包括土压平衡盾构掘进机和使其运转的动力设备、装载动力设备以及与掘进机同时前进的后方车架。在控制室控制刀盘的旋转使驱动装置带动滚刀绕刀盘中心轴公转，同时各滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩面上连续滚压。刀具在推进液压缸施加的推力作用下，使滚刀压入岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎，在岩面上切出一系列的同心圆，括刀将破碎的岩体括落。切销地层岩体通过螺旋机运出仓外。

刀盘和刀具

刀盘直径9340mm，可根据掘进需要进行正、反方向旋转。刀盘设计的开口率为34%，这种大的刀盘开口率更便于碴土的流动，尤其在粘性土地层中，可防止黏土堵塞开口。在刀盘上有8个泡沫注入口、膨润土注入口（两种共用），可通过注入口添加后改良仓内碴土的状态。刀盘背面靠近土仓侧安装5个搅拌臂、主驱动上2个搅拌臂，主要用于搅拌土仓底部的沉渣，使碴土更好的输送。

刀具主要分为正滚刀、边滚刀、刮刀、周边刮刀、仿形刀。

刮刀用来切割未固结的土壤。并把切削土刮入土仓中，刀具的形状和位置按便于切削地层和便于将土刮入土仓来设计，在同一个轨迹上有多把切刀同时开挖。刮刀的宽度使得每把刀的切割轨迹之间有一定的重叠。刮刀的切削宽度为140mm。所有的切削刀具配有双层碳钨合金刀齿以提高刀具的耐磨性。

周边刮刀安装在刀盘的外圈用于清除边缘部分的开挖碴土防止渣土沉积、确保刀盘的开挖直径以及防止刀盘外缘的间接磨损。

仿形刀（1把）安装在刀盘的外缘上，它是通过一个液压液压缸来动作的。仿形刀采用可编程控制，同时也由司机进行控制，其控制是通过刀盘回转传感器来实现。司机可以控制仿形刀开挖的深度（即超挖的深度），以及超挖的位置是在机器左侧还是右侧。

主驱动

主轴承安装在盾体承压隔板支撑结构上，前部与刀盘用拉伸预紧螺栓连接，是盾构设备的关键部件之一，主轴承的内圈和外圈配备了密封、每排有3道唇形密封组成，唇形密封保护着主轴承。为了确保了在掘进期间主轴承密封的性能，采用一种自动地对主轴承内、外密封进行注脂的系统。不需要在定期的日常维护时对密封进行集中注脂。主轴承和驱动装置的采用浸油式。即使系统停止了工作，这种设计也确保了设备安全地运行。

推进系统

主机的向前推进由推进系统来实现的，推进系统主要由推进液压缸、液压泵站及控制装置组成。推进液压缸采用单缸与双缸共用设计，每对液压缸都均匀分布于盾体周围。液压缸作用在前一环的混凝土管片上，借助铰接的撑靴将力均匀地分散在接触表面，以防止对混凝土管片的任何一点损坏。

推进液压缸分为四组，一共33根液压缸。每组液压缸均能单独控制压力的调整，为使盾构机沿着正确的方向开挖，司机可以调整4组液压缸的压力。液压缸也可以单独控制。

管片安装系统

管片安装系统是盾构设备中重要的系统之一，主要作用是进行管片的吊卸、存储、安装。管片安装系统主要包括安装在盾壳内的真空吸盘式管片安装机、方便管片连接螺栓安装的工作平台、真空吸盘式管片吊机、管片存储输送小车等。管片安装时间是日进度的关键决定因素之一。

盾构掘进过程中，管片由电瓶车运到隧道，盾构机后配套拖车内。再由真空吸盘式管片吊机从电瓶车管片车上一片一片将管片吊运至管片运输机上，运输机每次最多能存放一环管片。管片安装时，管片运输机向前输送管片，管片安装机每安装一片，运输机将管片向前运送1.8m。

安装机其主要设备为举重臂，以液压为动力。举重臂安装在支承环后部，可以作旋转、径向运动，并且能沿隧道中线作往复运动。完成这些运动的精度应能保证待装配的衬砌管片的螺栓孔与已拼装好的管片螺栓孔对好。

同步注浆系统

管片拼装后开挖土体和管片之间的间隙在盾构掘进过程中需要持续不断地注入砂浆或其他液体。管片背后注浆的主要功能是：避免地面下沉，在盾尾处的最小注浆压力为盾构前方的水土压力；维持管片脱离盾尾后的形状，维持管片之间的密封压力；砂浆通过安装在盾尾的六根注浆管路注入到间隙中。为适应不同注入量，整个设备根据压力控制注入量。最小和最大注浆压力可以预先选择，以保证盾尾密封不会损坏，或避免在管片上有过度的压力及减小对围岩的扰动。

同步注浆系统通常包含注浆泵、储浆罐、注浆管、阀和控制系统等，由注浆泵采用三台KSP12型压双缸活塞注浆泵，每个泵两个出口，总共六个出口与盾尾注浆孔直接相连。将储浆罐内沙浆通过注浆管输送到管片背部。本台盾构注浆管路完全内置于盾尾壳内，在每条管线靠近盾尾注入点处都安装有一个压力传感器。在砂浆注完后，这些管路可以被关住，以防止长时间停机期间外面水的流入。同步注浆控制系统通过测量压力来控制，每条注浆管路既可以调节压力又可以调节流量。操作手可以选择两种工作模式：手动和自动。在每次注浆完成后，为了防止管路堵塞，可将注浆管路填满膨润土浆液。在每次长时间停机前，管路通常采用一个特殊的装置清洗，如采用一个橡胶球并压力水打入，这样就可以清洗整个管路。

导向系统

随时掌握与分析盾构在掘进过程的各种参数，是指导盾构正常掘进不可缺少的条件。VMT导向系统由经纬仪、ELS靶、后视棱镜、计算机等组成，能连续不断地提供关于盾构姿态的最新信息。通过适当的转向控制，可将盾构控制在设计隧道线路允许公差范围内。导向系统的主要基准点是由一个从激光经纬仪发射出的激光束，经纬仪安装在盾构后方的隧道管片上。采用全自动导向系统，使盾构掘进方向能有效控制并能及时调整，盾构配置的导向系统能保证隧洞线形及最后贯通误差要求。采用的自动测量导向系统具有足够的精度，能及时显示盾构的方位和姿态。该系统能够对盾构在掘进中的各种姿态、以及盾构掘进的方向和位置关系进行精确的测量和显示。

数据采集系统

数据采集系统“采集、处理、储存、显示、评估出现的与盾构有关的数据”。采用此系统，可输出环报、日报、周报等数据；有各种参数的设定、测量、掘进、报警以及历史曲线和动态曲线。所有采集数据均能保存下来，供日后分析、判断和参考。并在主控室内显示屏能显示推进力、推进液压缸行程、推进速度、液压系统压力、刀盘转速、刀盘扭矩、土仓内压力、盾尾和主轴承油脂压力、注浆系统压力、各系统的温度、电器系统电压和电流、盾构姿态和位置等相关参数。也能显示电动机温度、减速机温度、液压油位和油温、油箱油面高度、环境温度等。