許良海

摘 要：本文主要介紹了地鐵隧道施工使用的盾構(gòu)機(jī)電氣控制系統(tǒng)及故障維修技術(shù)。介紹了盾構(gòu)機(jī)工作基本流程、國內(nèi)外發(fā)展概況，以地鐵隧道盾構(gòu)施工為重點(diǎn)，加強(qiáng)了對盾構(gòu)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。對盾構(gòu)機(jī)電氣設(shè)備的構(gòu)成、類型、工作原理做了一定的介紹；對盾構(gòu)機(jī)的電氣構(gòu)成、工作原理及推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹。提出了本研究工作的重要性和必要性。

關(guān)鍵詞：地鐵；盾構(gòu)機(jī)；電氣控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；常見故障；維護(hù)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(jìn)入新的起點(diǎn)，現(xiàn)在有超過100多個(gè)城市都有建設(shè)的地鐵。城市地鐵隧道施工主要是采用盾構(gòu)法。盾構(gòu)機(jī)是集掘進(jìn)，出渣，襯砌（管片安裝）于一體的大型現(xiàn)代化隧道施工機(jī)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(yùn)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(gòu)法。盾構(gòu)法是一種暗挖隧道用的工程機(jī)械。它的最大特點(diǎn)就是可以很好的完成整個(gè)隧道掘過程，并且最大限度地避免地面塌陷。地鐵盾構(gòu)法施工將為解決我國交通擁堵問題和促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展及全面建設(shè)小康社會(huì)提供有力保障，具有重要意義。

2 盾構(gòu)機(jī)故障的預(yù)防

2.1 熟悉工作原理

我們對于盾構(gòu)機(jī)要加強(qiáng)維修和日常維護(hù)，為此，首先要熟悉其工作原理和電氣、液壓和機(jī)械條件質(zhì)量的聯(lián)系，和每個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)組件的作用，只有用這種方法才可以快速、準(zhǔn)確地解決問題。

2.2 先“看”后“想”再“動(dòng)手”

維修設(shè)備應(yīng)遵循先“看”后“想”再“動(dòng)手”的原則，機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)首先要看清楚是什么故障，是否是因?yàn)闄C(jī)械、液壓或其他部分原因造成的，不要盲目動(dòng)手，以免影響維修速度甚至將問題擴(kuò)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(nèi)

維修設(shè)備時(shí)應(yīng)先外后內(nèi)，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(xì)記錄

設(shè)備問題解決后做個(gè)詳細(xì)記錄：什么問題；維修過程及結(jié)果。以后再遇到同樣問題看一看記錄，可以節(jié)約時(shí)間提高效率。也可以使其他維修技術(shù)人員單獨(dú)排除故障時(shí)有據(jù)可依，少走彎路。

3 盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)分析

3.1 液壓推進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)值仿真

根據(jù)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(shù)的值，并在此基礎(chǔ)上對狀態(tài)方程進(jìn)行求解（過程省略），從而分析整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及各參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。選取液壓缸開始推進(jìn)的時(shí)刻進(jìn)行數(shù)值仿真，千斤頂無桿腔的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有桿腔的壓力，這符合液壓推進(jìn)系統(tǒng)向前推進(jìn)時(shí)的特點(diǎn)，向前推進(jìn)的壓力很大，以克服推進(jìn)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(fù)載的數(shù)值。減壓閥閥芯的位移能在很短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在40mm左右。當(dāng)改變負(fù)載數(shù)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(shù)（減壓閥閥口的液阻）時(shí)，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(jìn)系統(tǒng)參數(shù)控制

3.2.1 分組油缸推力控制。

在推進(jìn)過程中一般操作手會(huì)根據(jù)隧道曲線和盾構(gòu)姿態(tài)來調(diào)整分組油缸壓力。從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)可以按照需要進(jìn)行調(diào)整。假設(shè)盾構(gòu)姿態(tài)處于往右偏離軸線，那么這時(shí)我們就應(yīng)該給右邊這組油缸加大推力使它漸漸往左推進(jìn)，糾偏過程中不應(yīng)糾偏過急，防止因分組壓力懸殊過大導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)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(jìn)時(shí)應(yīng)該時(shí)常關(guān)注鉸接油缸壓力變化，當(dāng)鉸接油缸壓力較大時(shí)就應(yīng)該注意了。找出引發(fā)壓力過大的原因，一般情況是在推進(jìn)過程中或停機(jī)時(shí)補(bǔ)注的雙液漿或單液漿粘連住盾殼，導(dǎo)致在推進(jìn)時(shí)拖拉盾殼致使壓力變大?；蛘呤嵌軜?gòu)機(jī)姿態(tài)不好導(dǎo)致盾尾與前盾成曲線折角?？ㄗ《軞に?。這是應(yīng)該調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。另外一種原因就是刀盤的邊緣刀具磨損嚴(yán)重導(dǎo)致開挖面變小，盾殼卡住所致。這時(shí)就應(yīng)該開倉檢查刀具是否需要更換。

3.2.3 刀盤轉(zhuǎn)速的設(shè)定。

在硬巖地層中刀盤轉(zhuǎn)速應(yīng)該設(shè)定轉(zhuǎn)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(diǎn)的土質(zhì)中則不需要太快的轉(zhuǎn)速。如果轉(zhuǎn)速太塊刀盤問題會(huì)迅速提高增加了刀盤結(jié)泥餅的可能。甚至還會(huì)引起地面塌方等事故。

3.2.4 PLC程序控制。

通過plc調(diào)整參數(shù)或屏蔽來控制盾構(gòu)機(jī)的各項(xiàng)條件。例如啟動(dòng)條件，自動(dòng)控制條件，或者屏蔽一些無關(guān)緊要的啟動(dòng)條件，更改一些延時(shí)啟動(dòng)的時(shí)間條件等。

3.2.5 刀盤滾動(dòng)角變化的原因分析。

刀盤啟動(dòng)前需要選擇轉(zhuǎn)向，順時(shí)針或逆時(shí)針，一般情況盾構(gòu)司機(jī)會(huì)依據(jù)滾動(dòng)角的數(shù)值選擇方向，左負(fù)有正。細(xì)心的盾構(gòu)司機(jī)應(yīng)該會(huì)發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)角的變化有時(shí)候變化很慢，有時(shí)候變化很快，當(dāng)然首先影響滾動(dòng)角變化的因素主要是刀盤扭矩，扭矩大貫入度較深就會(huì)造成盾體與刀盤的反作用力從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)形成滾動(dòng)角。但還有一個(gè)因素會(huì)引起滾動(dòng)角的快速變化，那就是同步注漿不飽滿的時(shí)候，當(dāng)管片外部沒有漿液包裹此時(shí)摩擦力就會(huì)變小，所以在阻力很小的情況下就會(huì)加快與刀盤反作用力，造成滾動(dòng)角很快變化。這時(shí)一定要及時(shí)補(bǔ)充漿液了，不然還會(huì)造成管片旋轉(zhuǎn)角變大。盾體與刀盤成反作用力在旋轉(zhuǎn)，那么盾體的油缸頂在管片上同時(shí)也會(huì)對管片造成反作用力，造成管片一直旋轉(zhuǎn)。最明顯的現(xiàn)象就是隧道的走道板越鋪越高，或越鋪越低。

4 結(jié)論

盾構(gòu)機(jī)是修建地鐵隧道使用最多的設(shè)備，特別是當(dāng)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(shè)單位首選盾構(gòu)機(jī)來施工。由于我國盾構(gòu)施工領(lǐng)域起步晚缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(gòu)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(zhì)和經(jīng)濟(jì)，要求盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要更新設(shè)計(jì)理念，改進(jìn)設(shè)計(jì)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(shè)打下了一定的理論基礎(chǔ)，但是，由于作者水平有限和時(shí)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(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)控制技術(shù)的更高要求上，我認(rèn)為課題在下一方面需要進(jìn)一步的研究和完善，歸納如下：

（1）本文所提出的地鐵盾構(gòu)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(biāo)及廣州地鐵21號線4標(biāo)得到了驗(yàn)證外，未能全部得到所有盾構(gòu)施工現(xiàn)場的驗(yàn)證。由于盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)雜、盾構(gòu)機(jī)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(yàn)證。

（2）對盾構(gòu)機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步完善。

（3）對盾構(gòu)機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行深入研究。

6 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)從2016年9月份開始，到3月份結(jié)束，為了得到原始數(shù)據(jù)，多次到廣州地鐵在建項(xiàng)目參觀學(xué)習(xí)并像他們請教盾構(gòu)施工出現(xiàn)的各種故障情況，并進(jìn)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(shí)面及經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)中，對盾構(gòu)機(jī)電氣控制系統(tǒng)及故障處理作了詳細(xì)分析，對盾構(gòu)機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)部分也作出部分分析，由于盾構(gòu)機(jī)各個(gè)系統(tǒng)涉及范圍太廣時(shí)間緊迫無法做出全面細(xì)致的分析研究，還有待我在今后的工作中去總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

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