李文帥

摘 ?要：土壓平衡盾構(gòu)機集液壓、機械、電氣、輔助系統(tǒng)為一體，具有系統(tǒng)龐大、技術(shù)難度大、復雜程度高、作業(yè)時間長的特點。文章結(jié)合土壓平衡盾構(gòu)機的工程應用情況以及機電安全保護目的，簡要闡述了關(guān)于土壓平衡盾構(gòu)機的機電安全保護應用策略。

關(guān)鍵詞：土壓平衡盾構(gòu)機;機電安全;電氣

前言

土壓平衡盾構(gòu)機是土木工程建設隧道掘進工藝操作中的常用設備，主要是利用安裝于盾構(gòu)機最前端全斷面切削刀盤的持續(xù)旋轉(zhuǎn)，切削正面土體并經(jīng)刀盤開口入刀盤后土倉。同時利用配置的泡沫+膨潤土系統(tǒng)改良土倉內(nèi)土體，在獲得流動性膏狀土體的同時，平衡土倉內(nèi)壓力、開挖面土壓力。由于土壓平衡盾構(gòu)機特殊的運行環(huán)境，在其運作過程中極易出現(xiàn)機電安全問題。因此，對其機電安全保護的應用策略進行適當分析非常必要。

1 關(guān)于土壓平衡盾構(gòu)機的工程應用情況及機電安全保護目的

某城市軌道交通8號線盾構(gòu)區(qū)間起止里程ZFK1+658.523～ZDFK2+896.254，短鏈9.652m，長1102.212m，共759環(huán)。盾構(gòu)區(qū)間所在地區(qū)為濱海灘地區(qū)，后進行人工填海造地，填筑料為黏土、碎石塊、砂礫、局部含垃圾，基底巖石主要成分為花崗巖。

土壓平衡盾構(gòu)機是由幾十個子系統(tǒng)獨立連接而成（如圖1所示）。將機械傳動、鋼結(jié)構(gòu)、運輸、程序控制、潤滑、電氣、通風、冷卻、監(jiān)控測量等模塊進行了有機集成，任意一模塊出現(xiàn)故障均會威脅土壓平衡盾構(gòu)機作業(yè)正常情況。而機電模塊是涉及計算機控制、供配電系統(tǒng)、可編程控制的模塊，其運行正常與否關(guān)乎土壓平衡盾構(gòu)機電氣、程序控制、監(jiān)控測量等多個模塊的運行質(zhì)量。為了保證土壓平衡盾構(gòu)機順利投入使用，就需要利用機電安全保護措施，落實操作與保養(yǎng)并舉、檢測與維修結(jié)合、預先防控為主的方針，降低故障發(fā)生頻率，延長土壓平衡盾構(gòu)機運行年限。

2.關(guān)于土壓平衡盾構(gòu)機的機電安全保護應用策略

2.1機電安全保護設計

為了保障土壓平衡盾構(gòu)機在運行階段無機電風險，機電設備安全規(guī)定對土壓平衡盾構(gòu)機抵抗機電風險的能力提出了嚴格的要求。在土壓平衡盾構(gòu)機機電安全保護設計時，設計人員應綜合考慮靜電聚集、開關(guān)控制、電力能源、調(diào)節(jié)裝置等諸多因素，從電能開關(guān)、調(diào)節(jié)裝置、控制裝置入手，進行專業(yè)設計。比如，土壓平衡盾構(gòu)機供電系統(tǒng)可以劃分為高壓供電系統(tǒng)、低壓供電系統(tǒng)兩種類別，基于土壓平衡盾構(gòu)機電力資源使用量大、電力資源供應時間長的特點，可以選擇10kV高壓供電系統(tǒng)，確保電力資源供應過程安全。若選擇低壓配電系統(tǒng)，則可以選擇多線保護接零的方式，防控狹窄、潮濕盾構(gòu)作業(yè)環(huán)境中漏電現(xiàn)象的出現(xiàn)。并設置漏電保護裝置，在盾構(gòu)機電網(wǎng)漏電超過設定數(shù)值時進行盾構(gòu)機電系統(tǒng)電路、信號發(fā)出線路的自動切斷。在這個基礎(chǔ)上，針對土壓平衡盾構(gòu)機開關(guān)箱、配電系統(tǒng)末端，選擇防濺型漏電斷路器（如圖2），設定額定漏電電流在30.0mA以內(nèi)，額定漏電時間在0.1s以內(nèi)[1]。同時在總配電箱內(nèi)，進行剩余電流互感器、總漏電保護器的設置，一般剩余電流互感器額定剩余電流可以設定兩個檔次，分別為30.0mA～100.0mA、100.0mA～300.0mA;而總漏電保護器設定的額定漏電動作電流應超過總漏電電流的兩倍（配電系統(tǒng)、用電設備），以便對土壓平衡盾構(gòu)機運作現(xiàn)場形成分段二級漏電保護。

考慮到土壓平衡盾構(gòu)機運作環(huán)境具有濕度大的特點，在防控土壓平衡盾構(gòu)機漏電風險的基礎(chǔ)上，還需要進行接地保護或者保護接零。比如，在盾構(gòu)機側(cè)接地，經(jīng)對地電壓金屬件將電氣系統(tǒng)故障風險與大地緊密聯(lián)系，控制故障件意外帶電體對地電壓在安全范疇內(nèi)。再如，于土壓平衡盾構(gòu)機電力變壓器低壓側(cè)中心點進行直接節(jié)點，防控系統(tǒng)電位波動導致的故障接地風險。在這個基礎(chǔ)上，于操作室、高壓土倉、推進油缸遠程操作箱等位置設置防誤啟動裝置、緊急開關(guān)等裝置，規(guī)避過載、漏電等風險因素對盾構(gòu)機機電安全的影響。

2.2機電安全保護管理

監(jiān)測與故障診斷是土壓平衡盾構(gòu)機機電安全保護管理的重要模塊。為了精準判定異常情況發(fā)生時間段，或者預先估測出現(xiàn)風險較大的故障，維保人員應借助流量、電流、扭矩、噪音、壓力、溫度、振動等輔助監(jiān)測設備，對土壓平衡盾構(gòu)機進行持續(xù)監(jiān)測。根據(jù)出現(xiàn)的問題制定恰當?shù)膽獙Υ胧榱吮ＷC監(jiān)測作業(yè)高效率開展，維保人員也可以結(jié)合實際情況對受控盾構(gòu)機各模塊進行分級監(jiān)控。一般可以將關(guān)鍵設備劃定為A級，比如，電氣系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)等;將重要設備劃分為B級，比如，吊機系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等;將一般設備劃分為C級，比如，其他設備等。

以A級電氣系統(tǒng)為例，維保人員可以綜合選擇電壓監(jiān)測、電流監(jiān)測、溫度測試技術(shù)，進行監(jiān)測。針對土壓平衡盾構(gòu)機推進階段出現(xiàn)的驟停以及顯示省配電裝置異常情況，可以由操作人員首先對線路技能型盤查，判定線路各接頭位置是否出現(xiàn)故障。在確定線路各接頭位置無故障后，對各模塊進行排查，尋找導致相關(guān)故障的根源因子[2]。比如，因電纜屏蔽層不完整導致的通信電纜故障（通信電纜與強電電纜交錯），直接影響信號傳輸?；诖?，可以利用盾構(gòu)機線路連接保護手段，將熔斷器連入設備內(nèi)，形成短路保護體系，保證熔體額定功率在1.5倍的絕緣帶線長期縫合標準載流量以下。

除持續(xù)監(jiān)測與故障診斷、處理外，維保人員還需要保證每天4h以上的機電保養(yǎng)時間。即將全部電機、配電柜內(nèi)外雜物清除，手動潤滑待潤滑部件，緊固機械與電氣連接部位，及時修補電氣液壓元件受水泥漿液、泡沫腐蝕的部位等。

總結(jié)

綜上所述，作為一個大型的系統(tǒng)，機電系統(tǒng)在土壓平衡盾構(gòu)機使用過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的功效。為了保證土壓平衡盾構(gòu)機的機電安全，技術(shù)人員應從土壓平衡盾構(gòu)機的機電安全保護設計入手，嚴格根據(jù)機電設備安全規(guī)定，選擇絕緣性能佳、耐磨損的材料。并恰當調(diào)整機電接線方案，促使機電設備具有一定的抵抗風險的能力。同時維保人員應加強設備管理，定期組織巡察，以便及時發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機機電風險、及時處理。

參考文獻

[1] 張通國.盾構(gòu)機在孤石基巖地層中的掘進風險及針對性設計選型[J].廣東公路交通，2021（02）：56-59.

[2] 周斌.架橋機等起重機及地鐵隧道盾構(gòu)機的安全使用與管理措施[J].中國設備工程，2021（06）：70-71.