何冰 溫銀萍

摘 要：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大、人口數(shù)量增大，城市交通呈急劇增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，地鐵的修建公里數(shù)在不斷增加，盾構(gòu)機(jī)的使用越來(lái)越頻繁，發(fā)生故障的確頻率和數(shù)量增加。本文介紹了泥水盾構(gòu)機(jī)的常見故障及處理方法，提出了針對(duì)逆水盾的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；泥水盾構(gòu)機(jī)；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷；智能傳感

泥水盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)機(jī)（全名為盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)）的一類，是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，現(xiàn)代泥水盾構(gòu)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測(cè)量等多門學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計(jì)制造，可靠性要求極高。工作原理為通過(guò)加壓泥水或泥漿（通常為膨潤(rùn)土懸浮液）來(lái)穩(wěn)定開挖面，其刀盤后面有一個(gè)密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經(jīng)分離后泥漿重復(fù)使用。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是把土料（必要時(shí)添加泡沫等對(duì)土壤進(jìn)行改良）作為穩(wěn)定開挖面的介質(zhì)，刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉(zhuǎn)開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運(yùn)出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸出料器出土量（旋轉(zhuǎn)速度）進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程，但由于其包含的系統(tǒng)多，所以涉及需要監(jiān)測(cè)及故障診斷的量大。

一、泥水盾構(gòu)機(jī)常見故障及處理

1.泄漏故障及處理

泥水盾構(gòu)機(jī)發(fā)生泄漏一般包括漏油、漏氣、漏水三個(gè)方面。

（1）漏油方面。由于液壓系統(tǒng)是泥水盾構(gòu)機(jī)的重要組成部分，而漏油是液壓系統(tǒng)的常見故障，漏油多發(fā)生在液壓泵、液壓閥、液壓缸、液壓馬達(dá)及油管等相互連接的管路接頭處。液壓油泄露的原因視情況而定，大體上有兩種原因，一是在長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于受力、振動(dòng)等原因?qū)е陆宇^連接處松動(dòng)，這種情況采用匹配型號(hào)的扳手（優(yōu)先選用力矩扳手）緊固即可，泥水盾構(gòu)機(jī)管路螺紋均為右旋，扳手需順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。二是由于安裝調(diào)試、維修保養(yǎng)、等致使故障處理連接處螺紋磨損，導(dǎo)致接頭配合不緊密，此種情況可以纏一些生膠帶在螺紋上。三是密封圈，可能是密封圈老化、破損。此種情況更換密封圈即可。

由于地鐵施工過(guò)程中的設(shè)備和環(huán)境特殊性，一般液壓系統(tǒng)的故障處理多在現(xiàn)場(chǎng)完成。所以，整個(gè)漏油故障處理過(guò)程中，要防止管路螺紋沾上雜質(zhì)，處理完成之后，需要及時(shí)管路及泄露的液壓油擦拭干凈，觀察一段時(shí)間，如果仍然泄露，則需進(jìn)一步處理。

（2）漏氣方面。泥水盾構(gòu)機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)漏氣原因與漏油基本類似，多為接頭松動(dòng)、螺紋配合不緊密，大部分能通過(guò)觀察和聲音來(lái)判斷故障部位。故障處理辦法可以參照漏油故障解決方法。

（3）漏水方面。由于泥水盾構(gòu)機(jī)的施工原理和構(gòu)造原因，存在大量的泥水混合管路及接頭，在法蘭連接處、管路接頭處，由于連接松動(dòng)、螺紋磨損和密封墊片破損等原因?qū)е侣猬F(xiàn)象發(fā)生。解決方法也有緊固連接處、緊固法蘭連接螺栓、更換密封圈及法蘭盤等。

2.注漿泵故障及處理

注漿泵由于電源沒(méi)有合閘、注漿泵內(nèi)部注漿材料凝固、灌注引水不敷、泵內(nèi)空氣無(wú)法排出、吸水管漏氣、前襯板與葉輪間隙大、出水管道不克不及封住空氣、泵內(nèi)有空氣、分離聚會(huì)器閉合不緊、葉輪或襯板磨等原因會(huì)發(fā)生注漿泵無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)、壓力不足、有異響，注漿泵出水壓力小、流量小，注漿泵不吸水、注漿泵上水慢等故障現(xiàn)象。

處理方法為，全面檢查連接線路，看是合閘、斷路、線路脫落、導(dǎo)線斷裂；清理注漿泵吸入口、注漿泵內(nèi)部；持續(xù)灌注引水、反省管路能否漏氣、調(diào)理葉輪與前襯板間隙；調(diào)理間隙、調(diào)理出水管道、裝置抽真空安裝；排空泵內(nèi)氣體、調(diào)理間隙、調(diào)理分離聚會(huì)器摩擦片間隙、改換葉輪或襯板等。

3.電磁閥電源漏電保護(hù)器跳閘

電磁閥電源跳閘的原因多為該電源下某個(gè)電磁閥接線短路，比如電磁閥接線處進(jìn)水。電磁閥電源跳閘，如果合閘不上，則檢查對(duì)應(yīng)的電磁閥，觀察電磁閥表面是否有水跡。如果沒(méi)有明顯跡象，則找到電磁閥對(duì)應(yīng)的接線端子箱，通過(guò)拔下熔斷器斷開某個(gè)區(qū)域的電磁閥電源，測(cè)試并確定故障發(fā)生在哪個(gè)區(qū)域。確定區(qū)域之后，拔下所有的電磁閥熔斷器，用萬(wàn)用表逐一測(cè)電磁閥接線電阻。如果某個(gè)電磁閥接線阻值很小幾乎為零，就說(shuō)明該電磁閥發(fā)生短路。找到對(duì)應(yīng)的電磁閥，對(duì)電源接線進(jìn)行檢查。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)架構(gòu)上一般可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要功能是對(duì)信息進(jìn)行采集和物件識(shí)別，由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層主要功能是對(duì)從感知層獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞和處理，由各種現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和泥水盾構(gòu)機(jī)的接口，與用戶需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在泥水盾構(gòu)機(jī)的智能應(yīng)用。

智能傳感器具有設(shè)備或環(huán)境信息感知、板載診斷、數(shù)據(jù)采集、分析、轉(zhuǎn)換處理、告警和通信等功能，由微處理器驅(qū)動(dòng)的傳感器與儀表套裝，選配無(wú)線射頻模塊，為泥水盾構(gòu)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及用戶提供相關(guān)信息，在泥水盾構(gòu)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)于分布感知的數(shù)據(jù)，如電動(dòng)機(jī)溫度、液壓系統(tǒng)油壓、氣壓系統(tǒng)氣壓、泥水流量、設(shè)備二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭及輔助設(shè)備或環(huán)境的狀態(tài)信息等傳感器，將其設(shè)計(jì)于數(shù)據(jù)采集智能模塊中，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥水盾構(gòu)機(jī)全景數(shù)據(jù)的分布式采集、故障。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)的泥水盾構(gòu)機(jī)常見故障診斷

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2.系統(tǒng)功能

（1）在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)智能診斷。系統(tǒng)通過(guò)采集泥水盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)電參數(shù)信號(hào)，獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，利用先進(jìn)的信號(hào)識(shí)別和表征技術(shù)，實(shí)時(shí)定量診斷故障損傷部位和嚴(yán)重程度。

（2）預(yù)警預(yù)報(bào)。工作人員可隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)生超限、故障時(shí)，Web界面端可自動(dòng)彈出報(bào)警類型、報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警時(shí)間等，并可通過(guò)配件實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警。

（3）診斷報(bào)告自動(dòng)生成。通過(guò)選取故障數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)輸出診斷分析結(jié)果和診斷報(bào)告。

（4）數(shù)據(jù)查詢。以表格形式輸出報(bào)警記錄，可對(duì)機(jī)電設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，另外可進(jìn)行趨勢(shì)分析。

（5）針對(duì)設(shè)備測(cè)點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，包括實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)分析、頻譜分析、包絡(luò)譜分析、振動(dòng)特征值計(jì)算等。

（6）支持遠(yuǎn)程訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和多點(diǎn)訪問(wèn)。

3.系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）泥水盾構(gòu)機(jī)故障在線智能定量診斷，實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位與維修指導(dǎo)。

（2）泥水盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)集中監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)信息全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）故障預(yù)警，歷史數(shù)據(jù)為設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估提供依據(jù)，為設(shè)備趨勢(shì)分析提供支撐。

（4）高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)庫(kù)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高可靠性。

（5）傳感器、振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備通過(guò)電磁干擾試驗(yàn)，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)和泥水盾構(gòu)機(jī)施工和故障特點(diǎn)，提出了將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在泥水盾構(gòu)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)中一種設(shè)計(jì)方案。

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