孫亮

摘 要：隨著城市快速發(fā)展，城市隧道和地下空間增多，土壓平衡盾構(gòu)憑借其安全、高效、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市地鐵施工。目前土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電技術(shù)已經(jīng)成熟，但面對復(fù)雜的施工環(huán)境，機(jī)電系統(tǒng)安全仍是影響盾構(gòu)機(jī)施工的重要因素，施工過程必須要維護(hù)好盾構(gòu)機(jī)的電氣連接和控制系統(tǒng)。因此，施工中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的機(jī)電安全保護(hù)工作非常重要，直接影響盾構(gòu)機(jī)的使用和工程進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；機(jī)電安全；保護(hù)措施

中圖分類號：U455.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）14-0161-02

Abstract： With the rapid development of cities， urban tunnels and underground space increase， the earth pressure balance shield machine is widely used in urban subway construction by virtue of its advantages of safety， efficiency and environmental protection. At present， the earth pressure balance shield machine electromechanical technology has been mature， but in the face of complex construction environment， electromechanical system safety is still an important factor affecting the shield machine construction， so the shield machine electrical connection and control system must maintained in the construction process. Therefore， the work of mechanical and electrical safety protection of earth pressure balance shield machine is very important， which directly affects the use of shield machine and the progress of the project.

Keywords： shield machine； electromechanical safety； protective measures

1 盾構(gòu)施工的概述

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)是一種使用盾構(gòu)法的隧道挖進(jìn)機(jī)。盾構(gòu)法是暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法，盾構(gòu)機(jī)在地下推進(jìn)，通過盾構(gòu)外殼和管片支承四周巖石，一邊控制開挖面，保障周圍土體不發(fā)生坍塌，一邊進(jìn)行隧道挖掘出渣，并在機(jī)內(nèi)拼裝管片形成襯砌、實(shí)施壁后注漿，從而不擾動周圍土體的隧道修筑方法。（1）盾構(gòu)施工的優(yōu)點(diǎn)。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)作為現(xiàn)代隧道掘進(jìn)機(jī)，具有很多優(yōu)點(diǎn)。第一，盾構(gòu)施工多為地下作業(yè)，其隱蔽性好，對周邊環(huán)境影響小，且不對地面交通影響，極大地減少了施工對附近居民造成的噪音和環(huán)境影響。第二，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)可以穿越城市建筑群和地下管道密集區(qū)時，施工不受周圍環(huán)境影響。而且它還能夠穿越河底，隧道施工能夠不受天氣影響，不對航道造成影響。第三，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)自動化程度高，盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝、襯砌等幾道主要工序循環(huán)進(jìn)行，易于管理，減少工程施工人員投入，且盾構(gòu)掘進(jìn)速度快，質(zhì)量有保證，避免了地下隧道事故的發(fā)生。最好，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在技術(shù)難度上不受土質(zhì)難易、覆土深度影響，可以確保施工的安全性?？傊軜?gòu)法施工在城市地鐵建設(shè)中起到了良好的推動作用，極大促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。（2）盾構(gòu)施工流程。盾構(gòu)法是現(xiàn)代一種較為先進(jìn)的地下施工方法，它在保留傳統(tǒng)施工法的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)頂進(jìn)支護(hù)方法進(jìn)行了重大改進(jìn)，降低了地下施工對道路行車的影響[1]。它的盾構(gòu)由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構(gòu)、液壓推進(jìn)系統(tǒng)、輔助機(jī)構(gòu)六個部分組合而成。其主要工序是：首先在盾構(gòu)機(jī)放置點(diǎn)用混凝土加固打一個垂直井；其次將盾構(gòu)機(jī)安裝到井底；驅(qū)動盾構(gòu)機(jī)水平方向推進(jìn)形成隧道；再用事先制作好的混凝土襯砌加固開挖好的隧道邊墻。這種盾構(gòu)施工有效推進(jìn)了城市交通發(fā)展，推動了城市化進(jìn)程的發(fā)展。

2 盾構(gòu)機(jī)機(jī)電系統(tǒng)安全措施

盾構(gòu)機(jī)是一個大型的系統(tǒng)，其中機(jī)電系統(tǒng)在盾構(gòu)機(jī)的使用上發(fā)揮重要作用。盾構(gòu)機(jī)機(jī)電系統(tǒng)主要包括：供配電系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。供電系統(tǒng)主要包括高壓電纜、高壓電纜卷筒、高壓開關(guān)柜、變壓器、低壓斷路器、變頻器等。供配電系統(tǒng)的主要功能是為盾構(gòu)機(jī)提供動力和電氣保護(hù)，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。比如高壓電纜的選擇，要具有一定的抗拉強(qiáng)度、可纏繞、耐磨損、絕緣性能好。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要用于參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集分析。（1）機(jī)電安全保護(hù)設(shè)計(jì)。盾構(gòu)機(jī)機(jī)電設(shè)備安全規(guī)定為了保證盾構(gòu)機(jī)在使用時不發(fā)生任何危險，設(shè)備必須具有一定抵抗危險的能力。在盾構(gòu)機(jī)機(jī)電安全保護(hù)設(shè)計(jì)上，要從電能、開關(guān)控制和調(diào)節(jié)裝置、靜電聚集、工作介質(zhì)等方面進(jìn)行，確保盾構(gòu)機(jī)在使用過程中對電能引起的危險具有足夠的保護(hù)能力[2]。其中電能開關(guān)、控制和調(diào)節(jié)裝置是盾構(gòu)機(jī)機(jī)電安全設(shè)計(jì)的重中之重，必須對其安全保護(hù)設(shè)計(jì)引起重視，避免出現(xiàn)漏電和過載等現(xiàn)象。電能的接通、分段和控制方面要保證最大程度的安全性，設(shè)置緊急開關(guān)、防止誤啟動等可行的設(shè)計(jì)，從源頭減少造成盾構(gòu)機(jī)電力危險的因素。（2）盾構(gòu)機(jī)供電保護(hù)系統(tǒng)。盾構(gòu)機(jī)的供電系統(tǒng)可分為高壓供電系統(tǒng)和低壓供電系統(tǒng)。盾構(gòu)機(jī)因?yàn)槠溆秒娏看?、供電時間長，多采用的是10kV高壓供電，最大程度保證了盾構(gòu)機(jī)使用時的供電安全，確保在盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)故障時，機(jī)器能正常運(yùn)作，不影響施工現(xiàn)場的供電系統(tǒng)[3]。盾構(gòu)機(jī)的低壓配電系統(tǒng)中，為了防止在潮濕且狹窄的盾構(gòu)施工環(huán)境中出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，采用的是多線保護(hù)接零方式。低壓控制主要就是對機(jī)電起作用，讓盾構(gòu)機(jī)借助機(jī)電能夠高速運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）盾構(gòu)機(jī)電能保護(hù)系統(tǒng)。a.漏電保護(hù)。漏電保護(hù)是一種保護(hù)盾構(gòu)機(jī)機(jī)電安全的必備手段，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)電網(wǎng)漏電超過設(shè)定值時，自動切斷盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)電路或發(fā)出信號[4]。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)一般都在比較潮濕環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，想要防止盾構(gòu)機(jī)在使用過程中漏電，就需要加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)漏電保護(hù)工作，對其開關(guān)箱及配電系統(tǒng)末端選擇防濺型漏電斷路器，額定漏電電流和漏電時間，電流不超過30mA，額定漏電時間不超過0.1s。在總配電箱設(shè)置總漏電保護(hù)器和剩余電流互感器，額定剩余電流可設(shè)30mA-100mA和100mA-300mA兩檔進(jìn)行調(diào)節(jié)?？偱潆娤漕~定漏電動作電流大于配電系統(tǒng)和用電設(shè)備總漏電電流的2倍，可以對盾構(gòu)機(jī)施工現(xiàn)場形成二級漏電保護(hù)?？偱潆娤浜湍┘夒娤湎嗷ヅ浜闲纬蓪Χ軜?gòu)機(jī)形成分段分級保護(hù)，嚴(yán)格杜絕盾構(gòu)機(jī)漏電引發(fā)的問題。b.接地保護(hù)。由于土壓平衡盾構(gòu)機(jī)多在惡劣潮濕環(huán)境中作業(yè)，所以在其電氣設(shè)備必須采用保護(hù)接零，主要可以分為兩種：保護(hù)接地和工作接地。保護(hù)接地指用電設(shè)備側(cè)的接地，這種安全保護(hù)方式通過把電氣系統(tǒng)故障下可能出現(xiàn)危險的對地電壓金屬部件同大地緊密連接起來，把盾構(gòu)機(jī)故障設(shè)備的意外帶電體對地電壓限制在相應(yīng)的安全范圍內(nèi)。工作接地法也叫系統(tǒng)接地，是指盾構(gòu)機(jī)電力變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，穩(wěn)定系統(tǒng)電位，減輕故障接地的危險。c.連接線路保護(hù)。電路接觸不良或者短路及電氣元件跟模塊之間連接或斷網(wǎng)，都會影響通信，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理模塊接收不到信號。例如，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中突然停止，顯示省配線裝置異常。這時操作人員需要先對線路進(jìn)行初步的盤查，檢查線路的各接頭處是否有問題，排除這方面的問題后，再對各個模塊進(jìn)行一一排查，直到找出導(dǎo)致顯示省配線裝置異常的原因[5]。事后分析，可能是通信電纜故障導(dǎo)致，因?yàn)殡娎|屏蔽層遭到破壞，影響正常使用，通信電纜和強(qiáng)電電纜交錯在一起，影響了信號。所以對盾構(gòu)級線路連接的保護(hù)也很重要。d.電路過載保護(hù)。盾構(gòu)機(jī)的電纜線路可以使用短路保護(hù)的過載保護(hù)兩種方法。電纜線路采用熔斷器做短路保護(hù)時，溶體的額地龍功率不能大于絕緣帶線長期縫合的標(biāo)準(zhǔn)載流量的1.5倍。采用斷路器預(yù)防電路短路時，脫扣器的脫扣電流定值不能超過線路末端的單相短路電流。如果應(yīng)用熔斷器或是斷路器做過載保護(hù)，絕緣導(dǎo)線的長期標(biāo)準(zhǔn)符合量不能超過熔斷器或斷路器額定電流的1.25倍?；谕翂浩胶舛軜?gòu)機(jī)復(fù)雜的工作環(huán)境，在盾構(gòu)機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)上一定要進(jìn)行高等級防護(hù)。像是電氣系統(tǒng)的動力線、控制線、信號線等電路護(hù)套都應(yīng)采用阻燃類的彈性材料。同時，還要求，電路護(hù)套能夠耐低溫、耐腐蝕、抗老化、防水、耐磨等優(yōu)勢，這樣才能盡可能避免土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障。（4）機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)、調(diào)節(jié)裝置。a.急停裝置。為防止盾構(gòu)機(jī)機(jī)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)應(yīng)當(dāng)設(shè)置急停裝置。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)發(fā)生故障時，利用急停裝置可以迅速使控制系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)，從而減少人員和設(shè)備事故，有效阻止盾構(gòu)機(jī)的事故范圍。而且盾構(gòu)機(jī)急停裝置可以切斷驅(qū)動電機(jī)，使盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入警報程序，阻止盾構(gòu)機(jī)的下一步動執(zhí)行作[6]。盾構(gòu)機(jī)的總急停裝置一般分布在操作室、推進(jìn)油缸遠(yuǎn)程操作箱和高壓土倉。此外盾構(gòu)機(jī)還設(shè)置了輔助系統(tǒng)急停裝置和系統(tǒng)急停按鈕。b.輔助急停裝置。輔助急停裝置是軟件與硬件結(jié)合，信號通過電纜傳播，確保在通訊出現(xiàn)故障不影響急停裝置使用。當(dāng)發(fā)生故障時，按下急停按鈕，便可以及時切斷電路和模塊輸入，保護(hù)盾構(gòu)機(jī)。c.高壓系統(tǒng)急停裝置。盾構(gòu)機(jī)的高壓急停裝置一般都設(shè)有防護(hù)罩，這是為了防止正常工作中的失誤操作。高壓系統(tǒng)的急停按鈕使用時，可以切斷斷路器的TQ動作，讓QF跳閘，從而讓機(jī)電系統(tǒng)得到保護(hù)。d.配電箱及開關(guān)箱。盾構(gòu)機(jī)的配電系統(tǒng)實(shí)行三級配電，分別是總配電箱、分配電箱和開關(guān)箱[7]。而且配電箱和開關(guān)箱均由鋼板或絕緣材料構(gòu)成，且對其箱體鋼板厚度有一定的要求。如：開關(guān)箱箱體鋼板厚度不小于1.21mm，配電箱的厚度不低于1.5mm。除此之外，配電箱和開關(guān)箱的箱體制作對環(huán)境、海拔、濕度、防護(hù)等級都做了一定的要求，能夠有效保證盾構(gòu)機(jī)配電安全。（5）專業(yè)人才培養(yǎng)。盾構(gòu)法施工不僅需要施工經(jīng)驗(yàn)豐富的土建工程師，還需要機(jī)械、液壓、電氣等方面的專業(yè)人才，但更多的是需要機(jī)電與土建相結(jié)合的高素質(zhì)復(fù)合型人才。盾構(gòu)監(jiān)造階段的主要人員配置為機(jī)電技術(shù)人員，盾構(gòu)機(jī)零部件的加工質(zhì)量的保證、外購件的質(zhì)量控制與檢驗(yàn)、整機(jī)組裝的質(zhì)量及進(jìn)度等工作都要由機(jī)電技術(shù)人員來完成。足夠的機(jī)電安全人才儲備才可以提高盾構(gòu)機(jī)電安全的工作質(zhì)量。在盾構(gòu)機(jī)機(jī)電安全出現(xiàn)故障時，及時進(jìn)行有效的處理，分析故障原因做好相關(guān)記錄，為以后設(shè)備的改進(jìn)提供論證。同時，充沛的人員儲備可以針對盾構(gòu)設(shè)備機(jī)電安全制定相應(yīng)的檢修計(jì)劃，保證盾構(gòu)機(jī)的順利使用。

3 結(jié)束語

土地平衡盾構(gòu)作為目前最安全有效城市軌道施工工藝。其糅合了傳統(tǒng)和現(xiàn)代先進(jìn)施工技術(shù)，能夠有效的保護(hù)環(huán)境，穿梭于城市密集區(qū)，已經(jīng)逐漸在全國各大中型城市普及。但是由于土壓平衡盾構(gòu)機(jī)特殊的作業(yè)環(huán)境，機(jī)電安全問題難以保障，就此需要對盾構(gòu)機(jī)機(jī)電安全嚴(yán)加重視，設(shè)置相應(yīng)的機(jī)電保護(hù)措施，加強(qiáng)人員監(jiān)督，減少盾構(gòu)機(jī)因機(jī)電問題引發(fā)的危險，推動城市隧道有序發(fā)展。

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