孟長躍 于文超 崔迎接

（濟(jì)南中鐵重工軌道裝備有限公司，濟(jì)南250109）

盾構(gòu)機(jī)是一種在鋼殼保護(hù)下，通過刀盤切削土體進(jìn)行地下隧道開挖和襯砌作業(yè)的隧道施工設(shè)備，它具有施工速度快、安全性好、地面沉降小等優(yōu)點(diǎn)，在隧道施工中應(yīng)用廣泛。在盾構(gòu)施工過程中保持掌子面的穩(wěn)定特別重要，掌子面出現(xiàn)失穩(wěn),比如塌方、涌水等事故可能引起沉降量加大，從而導(dǎo)致地面沉降、建筑物失穩(wěn)等嚴(yán)重后果。另外，為進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的設(shè)備維修和掘進(jìn)方向前方地質(zhì)調(diào)查，人員和設(shè)備需要進(jìn)入掌子面后方的開挖艙內(nèi)，此時(shí)必須確保掌子面的穩(wěn)定，否則將造成艙內(nèi)作業(yè)人員的傷亡。利用加壓空氣維持掌子面穩(wěn)定是目前盾構(gòu)設(shè)備中常用的方法之一，特別是在人員進(jìn)入開挖艙內(nèi)時(shí)必須配置使用空氣保壓系統(tǒng)。目前，常用的保壓系統(tǒng)原件組成復(fù)雜，價(jià)格較高，對土倉壓力突然升高時(shí)，通過關(guān)閉進(jìn)氣源，依靠盾體之間的縫隙慢慢降至設(shè)置值，等待時(shí)間較長，有時(shí)甚至需人工手動(dòng)進(jìn)行放氣處理，人工處理無法精確把握排氣量，難精確控制土壓情況，易發(fā)生事故。

1 空氣保壓系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)（見圖1）

1.1 保壓系統(tǒng)1

保壓系統(tǒng)1是高壓空氣經(jīng)過自力式壓力變送器變成穩(wěn)定的氣源，再由氣力調(diào)節(jié)器（PI）控制單座調(diào)節(jié)閥總成（進(jìn)氣）的進(jìn)氣大小。其中，壓力變送器實(shí)時(shí)反饋開挖倉的壓力變化，根據(jù)壓力變送器的壓力變化和氣力調(diào)節(jié)器的設(shè)定壓力來實(shí)現(xiàn)開挖倉的壓力穩(wěn)定。當(dāng)開挖倉壓力降低時(shí)，壓力變送器檢測到壓力降低將信號(hào)反饋給氣力調(diào)節(jié)器，再由氣力調(diào)節(jié)器控制單座調(diào)節(jié)閥打開往開挖倉補(bǔ)壓，直至壓力提升至設(shè)置值。當(dāng)開挖倉壓力大于設(shè)置值時(shí)，壓力變送器將壓力反饋給氣力調(diào)節(jié)器，氣力調(diào)節(jié)器控制單座調(diào)節(jié)閥將閥門關(guān)閉，開挖倉通過盾體之間的縫隙慢慢降至設(shè)置值。

1.2 保壓系統(tǒng)2

保壓系統(tǒng)2是高壓空氣通過空氣過濾器干燥后通過減壓閥至氣動(dòng)閥門控制器，開挖倉的壓力通過管路反饋給控制器，控制器通過控制氣動(dòng)閥的開合來保證開挖倉的壓力。當(dāng)開挖倉壓力降低時(shí)控制器控制氣動(dòng)閥打開閥門往開挖倉補(bǔ)氣直至壓力達(dá)到設(shè)置值，當(dāng)開挖倉壓力大于設(shè)置值時(shí)，控制器控制先導(dǎo)閥打開氣動(dòng)球閥泄壓，將多余壓力排出開挖倉從而保證開挖倉的壓力穩(wěn)定。在排氣的同時(shí)流量計(jì)能檢測排出的氣體流量。

試驗(yàn)臺(tái)中將保壓系統(tǒng)1和保壓系統(tǒng)2連接到相同氣源和開挖倉，通過設(shè)定不同壓力來對比不同壓力下兩套保壓系統(tǒng)對土壓調(diào)節(jié)能力的響應(yīng)時(shí)間、準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。

圖1 保壓試驗(yàn)臺(tái)原理圖

2 保壓系統(tǒng)性能對比

表1 保壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)保壓性能對照表

保壓系統(tǒng)1性能：保壓系統(tǒng)1，包括進(jìn)氣控制部分、壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)部分所述進(jìn)氣控制部分包括進(jìn)氣管路，進(jìn)氣管路上至少包括順序連接的氣源管路、自力式壓力調(diào)節(jié)閥、單向閥和與開挖艙進(jìn)氣口連接的進(jìn)氣控制閥組；在進(jìn)氣控制部分上設(shè)有至少由過濾減壓組件、減壓閥、氣動(dòng)控制器、壓力變送器順序連接組成的控制管路；具有操作靈活、控制精度高、穩(wěn)定性好、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

保壓系統(tǒng)2性能：保壓系統(tǒng)2是以壓縮空氣為動(dòng)力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助定位器，轉(zhuǎn)換器，電磁閥等附件來驅(qū)動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量或比例調(diào)節(jié)。它結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠穩(wěn)定，輸出力大，安裝維修方便，價(jià)格便宜且防火。缺點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間大，信號(hào)不適與遠(yuǎn)傳。

保壓系統(tǒng)1結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能可靠、適用性強(qiáng)，對執(zhí)元件精度要求不高，對系統(tǒng)壓降反應(yīng)靈敏；相較之保壓系統(tǒng)2結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、穩(wěn)定性強(qiáng)、安裝維修方便、價(jià)格便宜，對系統(tǒng)壓降反應(yīng)時(shí)間略長，均能滿足使用要求，性價(jià)比更高。

3 結(jié)語

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)在工廠可以實(shí)時(shí)模擬盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中遇到的各種突發(fā)失壓情況，并針對各種情況記錄各種元器件的工作靈敏程度，可以對目前主流的兩種保壓系統(tǒng)進(jìn)行精確真實(shí)的模擬，減少施工過程中對盾構(gòu)機(jī)的損壞以及施工人員的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，提高了盾構(gòu)機(jī)出廠時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低了隧道掘進(jìn)施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)，確保了隧道掘進(jìn)的安全、速度和效益。