許良海

摘 要：本文主要介紹了地鐵隧道施工使用的盾構機電氣控制系統(tǒng)及故障維修技術。介紹了盾構機工作基本流程、國內外發(fā)展概況，以地鐵隧道盾構施工為重點，加強了對盾構機電氣控制系統(tǒng)的認識。對盾構機電氣設備的構成、類型、工作原理做了一定的介紹；對盾構機的電氣構成、工作原理及推進系統(tǒng)進行了比較詳細的介紹。提出了本研究工作的重要性和必要性。

關鍵詞：地鐵；盾構機；電氣控制；系統(tǒng)設計；常見故障；維護保養(yǎng)

1 緒論

地鐵減輕了公共交通出行的壓力。地鐵給人類文明注入新的活力，隨著1863年倫敦地鐵率先建成而進入新的起點，現在有超過100多個城市都有建設的地鐵。城市地鐵隧道施工主要是采用盾構法。盾構機是集掘進，出渣，襯砌（管片安裝）于一體的大型現代化隧道施工機械，它將傳統(tǒng)的隧道和地下工程施工變成工廠化作業(yè)。我國大中型城市如廣州、上海、深圳、武漢等已建有正在運營的地鐵線路和正在修建的線路。在人口密集的繁華市區(qū)挖掘地鐵隧道，既不能用明挖法施工，又不能用礦山法施工，最好的選擇就是盾構法。盾構法是一種暗挖隧道用的工程機械。它的最大特點就是可以很好的完成整個隧道掘過程，并且最大限度地避免地面塌陷。地鐵盾構法施工將為解決我國交通擁堵問題和促進我國經濟社會又好又快發(fā)展及全面建設小康社會提供有力保障，具有重要意義。

2 盾構機故障的預防

2.1 熟悉工作原理

我們對于盾構機要加強維修和日常維護，為此，首先要熟悉其工作原理和電氣、液壓和機械條件質量的聯系，和每個系統(tǒng)的各個組件的作用，只有用這種方法才可以快速、準確地解決問題。

2.2 先“看”后“想”再“動手”

維修設備應遵循先“看”后“想”再“動手”的原則，機器出現故障時首先要看清楚是什么故障，是否是因為機械、液壓或其他部分原因造成的，不要盲目動手，以免影響維修速度甚至將問題擴大化，開始工作前找到問題的根源，這樣往往可以事半功倍果。

2.3 先外后內

維修設備時應先外后內，首先檢查電線是否破皮、斷裂、脫落等明顯問題，往往簡單明顯的問題最容易被忽視。

2.4 詳細記錄

設備問題解決后做個詳細記錄：什么問題；維修過程及結果。以后再遇到同樣問題看一看記錄，可以節(jié)約時間提高效率。也可以使其他維修技術人員單獨排除故障時有據可依，少走彎路。

3 盾構機推進系統(tǒng)分析

3.1 液壓推進系統(tǒng)的數值仿真

根據系統(tǒng)中具體的液壓元件和外部載荷的情況，可以確定狀態(tài)方程中各系數的值，并在此基礎上對狀態(tài)方程進行求解（過程省略），從而分析整個系統(tǒng)的動態(tài)性能及各參數變化對系統(tǒng)性能的影響。選取液壓缸開始推進的時刻進行數值仿真，千斤頂無桿腔的壓力遠遠大于有桿腔的壓力，這符合液壓推進系統(tǒng)向前推進時的特點，向前推進的壓力很大，以克服推進阻力，而回油壓力較小。無桿腔壓力與無桿腔面積的乘積，減去有桿腔壓力與有桿腔面積的乘積，等于外部負載的數值。減壓閥閥芯的位移能在很短的時間內穩(wěn)定在40mm左右。當改變負載數值，千斤頂無桿腔的壓力有明顯變化，有桿腔壓力變化不明顯。改變減壓閥的參數（減壓閥閥口的液阻）時，減壓閥閥芯的位移也隨之改變，但對千斤頂壓力影響不大。

3.2 推進系統(tǒng)參數控制

3.2.1 分組油缸推力控制。

在推進過程中一般操作手會根據隧道曲線和盾構姿態(tài)來調整分組油缸壓力。從而實現盾構姿態(tài)可以按照需要進行調整。假設盾構姿態(tài)處于往右偏離軸線，那么這時我們就應該給右邊這組油缸加大推力使它漸漸往左推進，糾偏過程中不應糾偏過急，防止因分組壓力懸殊過大導致盾構機盾殼卡住管片等事故發(fā)生。

3.2.2 鉸接油缸伸縮控制。

推進時應該時常關注鉸接油缸壓力變化，當鉸接油缸壓力較大時就應該注意了。找出引發(fā)壓力過大的原因，一般情況是在推進過程中或停機時補注的雙液漿或單液漿粘連住盾殼，導致在推進時拖拉盾殼致使壓力變大。或者是盾構機姿態(tài)不好導致盾尾與前盾成曲線折角?？ㄗ《軞に?。這是應該調整盾構姿態(tài)。另外一種原因就是刀盤的邊緣刀具磨損嚴重導致開挖面變小，盾殼卡住所致。這時就應該開倉檢查刀具是否需要更換。

3.2.3 刀盤轉速的設定。

在硬巖地層中刀盤轉速應該設定轉速快些。這樣可以減小刀具的灌入度從而降低刀盤扭矩。

在軟點的土質中則不需要太快的轉速。如果轉速太塊刀盤問題會迅速提高增加了刀盤結泥餅的可能。甚至還會引起地面塌方等事故。

3.2.4 PLC程序控制。

通過plc調整參數或屏蔽來控制盾構機的各項條件。例如啟動條件，自動控制條件，或者屏蔽一些無關緊要的啟動條件，更改一些延時啟動的時間條件等。

3.2.5 刀盤滾動角變化的原因分析。

刀盤啟動前需要選擇轉向，順時針或逆時針，一般情況盾構司機會依據滾動角的數值選擇方向，左負有正。細心的盾構司機應該會發(fā)現滾動角的變化有時候變化很慢，有時候變化很快，當然首先影響滾動角變化的因素主要是刀盤扭矩，扭矩大貫入度較深就會造成盾體與刀盤的反作用力從而產生旋轉形成滾動角。但還有一個因素會引起滾動角的快速變化，那就是同步注漿不飽滿的時候，當管片外部沒有漿液包裹此時摩擦力就會變小，所以在阻力很小的情況下就會加快與刀盤反作用力，造成滾動角很快變化。這時一定要及時補充漿液了，不然還會造成管片旋轉角變大。盾體與刀盤成反作用力在旋轉，那么盾體的油缸頂在管片上同時也會對管片造成反作用力，造成管片一直旋轉。最明顯的現象就是隧道的走道板越鋪越高，或越鋪越低。

4 結論

盾構機是修建地鐵隧道使用最多的設備，特別是當前我國大力發(fā)展城市地下軌道交通。越來越多的工程建設單位首選盾構機來施工。由于我國盾構施工領域起步晚缺乏實踐經驗，仍然存在眾多難題（如跨海隧道），決定了在未來地鐵隧道盾構施工仍然面臨各種難題的挑戰(zhàn)。為了保證地鐵隧道施工的安全，可靠，高質和經濟，要求盾構機控制系統(tǒng)設計必須要更新設計理念，改進設計手段。

5 展望

雖然本文的研究工作為我國城市地下軌道交通建設打下了一定的理論基礎，但是，由于作者水平有限和時間倉促，還有不少工作未能全面展開，從課題研究的延續(xù)性和對盾構推進系統(tǒng)控制技術的更高要求上，我認為課題在下一方面需要進一步的研究和完善，歸納如下：

（1）本文所提出的地鐵盾構施工電氣控制系統(tǒng)分析與故障檢查維修原理，除部分在廣州地鐵3號線北延段、廣佛地鐵金融高新區(qū)間、廣州地鐵7號線8標及廣州地鐵21號線4標得到了驗證外，未能全部得到所有盾構施工現場的驗證。由于盾構機控制系統(tǒng)復雜、盾構機型式多樣，雖然本文提出的各種原理及維修、保養(yǎng)方法但仍然需要在以后的工作中逐步驗證。

（2）對盾構機監(jiān)控管理系統(tǒng)進行進一步完善。

（3）對盾構機液壓驅動部分進行深入研究。

6 結束語

本設計從2016年9月份開始，到3月份結束，為了得到原始數據，多次到廣州地鐵在建項目參觀學習并像他們請教盾構施工出現的各種故障情況，并進行了系統(tǒng)地分析，從中找出一些解決此類問題的辦法。由于本人的知識面及經驗有限，對所涉及到的問題及解決方法存在一定的局限性，希望老師們對本文多提批評指正意見。

在設計中，對盾構機電氣控制系統(tǒng)及故障處理作了詳細分析，對盾構機液壓驅動部分也作出部分分析，由于盾構機各個系統(tǒng)涉及范圍太廣時間緊迫無法做出全面細致的分析研究，還有待我在今后的工作中去總結。

參考文獻

[1] 王剛.盾構電氣組成系統(tǒng)及常見故障的解決[J].建筑機械化， 2013（02）.