地鐵盾構(gòu)SAMSON保壓系統(tǒng)離線檢測(cè)的應(yīng)用

趙軍軍

（中鐵一局城軌公司掘進(jìn)設(shè)備技術(shù)中心，江蘇無(wú)錫 214104）

1 SAMSON保壓系統(tǒng)概述

地鐵盾構(gòu)設(shè)備SAMSON（薩姆森）保壓系統(tǒng)的作用是提供穩(wěn)定開(kāi)挖倉(cāng)的壓力（泥水盾構(gòu)同理，用于穩(wěn)定氣墊倉(cāng)壓力，間接控制泥水開(kāi)挖倉(cāng)壓力），而開(kāi)挖倉(cāng)壓力則直接關(guān)系到掌子面的穩(wěn)定，是地鐵盾構(gòu)安全施工的重要因素，因此SAMSON保壓系統(tǒng)性能的好壞就顯得尤為重要。

SAMSON保壓系統(tǒng)主要由3421型氣動(dòng)控制器、3814型氣動(dòng)變送器、調(diào)節(jié)閥3241及3999-0090空氣單元構(gòu)成，地鐵盾構(gòu)施工時(shí)由掌子面、開(kāi)挖倉(cāng)及SAMSON保壓系統(tǒng)形成密封循環(huán)回路，可直觀檢測(cè)其性能狀態(tài)，而施工結(jié)束后因開(kāi)挖倉(cāng)敞開(kāi)無(wú)法形成密封腔室，SAMSON系統(tǒng)在盾構(gòu)設(shè)備上無(wú)法啟動(dòng)工作，導(dǎo)致其性能好壞無(wú)法檢測(cè)，因此如何實(shí)現(xiàn)離線狀態(tài)下SAMSON系統(tǒng)檢測(cè)為本論文的研究方向。

2 SAMSON保壓系統(tǒng)離線檢測(cè)研究

要實(shí)現(xiàn)SAMSON系統(tǒng)檢測(cè)，在原盾構(gòu)設(shè)備實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度低，但實(shí)施難度大——實(shí)現(xiàn)常規(guī)盾構(gòu)6.25 m直徑圓柱面封堵，且當(dāng)前盾構(gòu)市場(chǎng)直徑多樣，局限性太大，明顯此法不可取；通過(guò)分析其工作原理，研究設(shè)計(jì)離線檢測(cè)臺(tái)模擬其工況，實(shí)現(xiàn)其性能動(dòng)作測(cè)試。

設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣罐模擬開(kāi)挖倉(cāng)；設(shè)計(jì)氣動(dòng)變送器安裝接口，提供氣壓采集通道；設(shè)計(jì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)器安裝法蘭，用于調(diào)節(jié)器安裝及工業(yè)空氣通斷控制；設(shè)計(jì)氣動(dòng)控制器平臺(tái)，用于固定控制器?？諝鈮嚎s機(jī)、氣動(dòng)控制器1和用于模擬盾構(gòu)開(kāi)挖倉(cāng)的儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐通過(guò)氣路1與氣動(dòng)控制器1相連接，氣路1上靠近儲(chǔ)氣罐的位置設(shè)置有氣壓調(diào)節(jié)器1，氣路1上且位于氣壓調(diào)節(jié)器1與儲(chǔ)氣罐之間設(shè)置有氣壓變送器1，氣路1上沿氣壓調(diào)節(jié)器1朝向氣動(dòng)控制器1的方向依次設(shè)置有截?cái)嚅y1、截?cái)嚅y2、調(diào)壓閥1和調(diào)壓閥2，空氣壓縮機(jī)通過(guò)氣路2與氣路1相連接且氣路2與氣路1的連接點(diǎn)位于截?cái)嚅y1和截?cái)嚅y2之間，氣路1上連接有氣路3，氣路3的一端與氣路1的連接點(diǎn)位于調(diào)壓閥1和調(diào)壓閥2之間，氣路3的另一端與氣壓調(diào)節(jié)器1相連接，氣動(dòng)控制器1與氣壓變送器1之間設(shè)置有氣路4和用于將儲(chǔ)氣罐內(nèi)部氣壓信號(hào)反饋給氣動(dòng)控制器1的反饋管路1，氣路4的一端與氣路1相連接且氣路4與氣路1的連接點(diǎn)位于調(diào)壓閥2與氣動(dòng)控制器1之間，氣路4的另一端與氣壓變送器1相連接，反饋管路1的一端與氣壓變送器1相連接，反饋管路1的另一端與氣動(dòng)控制器1相連接，氣壓調(diào)節(jié)器1與氣動(dòng)控制器1之間設(shè)置有用于向氣壓調(diào)節(jié)器1傳輸控制信號(hào)的控制管路1，控制管路1的一端與氣動(dòng)控制器1連接，控制管路1的另一端與氣壓調(diào)節(jié)器1相連接。

氣動(dòng)控制器2、儲(chǔ)氣罐與氣動(dòng)控制器2之間設(shè)置有氣路5，氣路5上靠近儲(chǔ)氣罐的位置設(shè)置有氣壓調(diào)節(jié)器2，氣路5上且位于氣壓調(diào)節(jié)器2與儲(chǔ)氣罐之間設(shè)置有氣壓變送器2，氣路5上沿氣壓調(diào)節(jié)器2朝向氣動(dòng)控制器2的方向依次設(shè)置有截?cái)嚅y4、截?cái)嚅y5、調(diào)壓閥3和調(diào)壓閥4，氣路5通過(guò)氣路6與氣路2相連接且氣路6與氣路5的連接點(diǎn)位于截?cái)嚅y4和截?cái)嚅y5之間，氣路5上連接有氣路7，氣路7的一端與氣路5的連接點(diǎn)位于調(diào)壓閥3和調(diào)壓閥4之間，氣路7的另一端與氣壓調(diào)節(jié)器2相連接，氣動(dòng)控制器2與氣壓變送器2之間設(shè)置有氣路8和用于將儲(chǔ)氣罐內(nèi)部氣壓信號(hào)反饋給氣動(dòng)控制器2的反饋管路2，氣路8的一端與氣路5相連接且氣路5與氣路8的連接點(diǎn)位于調(diào)壓閥4與氣動(dòng)控制器2之間，氣路8的另一端與氣壓變送器2相連接，反饋管路2的一端與氣壓變送器2相連接，反饋管路2的另一端與氣動(dòng)控制器2相連接，氣壓調(diào)節(jié)器2與氣動(dòng)控制器2之間設(shè)置有用于向氣壓調(diào)節(jié)器2傳輸控制信號(hào)的控制管路2，控制管路2的一端與氣動(dòng)控制器2相連接，控制管路2的另一端與氣壓調(diào)節(jié)器2相連接。

氣路1上且位于截?cái)嚅y2與調(diào)壓閥1之間設(shè)置有空氣過(guò)濾器1，氣路1上且位于調(diào)壓閥1和調(diào)壓閥2之間設(shè)置有空氣過(guò)濾器2；氣路5上且位于截?cái)嚅y5與調(diào)壓閥3之間設(shè)置有空氣過(guò)濾器3，氣路5上且位于調(diào)壓閥3和調(diào)壓閥4之間設(shè)置有空氣過(guò)濾器4。儲(chǔ)氣罐上設(shè)置有用于觀測(cè)儲(chǔ)氣罐內(nèi)部氣壓的壓力表1，氣路1上設(shè)置有壓力表2和壓力表3，壓力表2位于空氣過(guò)濾器1與調(diào)壓閥1之間，壓力表3位于氣路4和氣路1的連接點(diǎn)與調(diào)壓閥2之間；氣路5上設(shè)置有壓力表4和壓力表5，壓力表4位于空氣過(guò)濾器3與調(diào)壓閥3之間，壓力表4位于氣路8和氣路5的連接點(diǎn)與調(diào)壓閥4之間。儲(chǔ)氣罐的一端設(shè)置有排氣閥，儲(chǔ)氣罐的另一端設(shè)置有用于模擬盾構(gòu)開(kāi)挖倉(cāng)玻璃艙門(mén)的玻璃試件。儲(chǔ)氣罐上設(shè)置有用于將儲(chǔ)氣罐內(nèi)的水排出的排水閥。截?cái)嚅y1、截?cái)嚅y2、截?cái)嚅y4和截?cái)嚅y5均為球閥。SAMSON系統(tǒng)離線檢測(cè)臺(tái)原理見(jiàn)圖1。

3 SAMSON保壓系統(tǒng)離線檢測(cè)應(yīng)用

檢測(cè)時(shí)，打開(kāi)截?cái)嚅y1、截?cái)嚅y2和截?cái)嚅y3，高壓空氣從空氣壓縮機(jī)內(nèi)并經(jīng)氣路2進(jìn)入氣路1，此時(shí)，高壓空氣分作2路，一路高壓空氣向左并通過(guò)截?cái)嚅y1，但氣壓調(diào)節(jié)器1為常閉型氣壓調(diào)節(jié)器，于是流向截?cái)嚅y1的高壓空氣被阻擋；另一路高壓空氣經(jīng)調(diào)壓閥1后，將高壓空氣的壓力調(diào)節(jié)至0.4 MPa（4 bar），此時(shí)，該壓力為0.4 MPa的空氣又分成兩路，其中一路壓力為0.4 MPa的空氣經(jīng)氣路3進(jìn)入氣壓調(diào)節(jié)器1，另一路壓力為0.4 MPa的空氣經(jīng)調(diào)壓閥2將高壓空氣的壓力調(diào)節(jié)至0.14 MPa（1.4 bar）后又分成兩路，其中一路壓力為0.14 MPa的空氣直接進(jìn)入氣動(dòng)控制器1內(nèi)，另一路壓力為0.14 MPa的空氣經(jīng)氣路4進(jìn)入氣壓變送器1，氣壓變送器1將采集到的儲(chǔ)氣罐內(nèi)部壓力與0.14 MPa氣動(dòng)壓力轉(zhuǎn)變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并通過(guò)反饋管路1，反饋到氣動(dòng)控制器1，氣動(dòng)控制器1通過(guò)分析運(yùn)算后與設(shè)定值比較，從而通過(guò)控制管路1給氣壓調(diào)節(jié)器1輸出一個(gè)控制信號(hào)，進(jìn)而控制氣壓調(diào)節(jié)器1的開(kāi)合，此時(shí)，高壓空氣從空氣壓縮機(jī)經(jīng)氣路2、截?cái)嚅y1、氣壓調(diào)節(jié)器1和氣壓變送器1進(jìn)入儲(chǔ)氣罐內(nèi)，當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力＜設(shè)定值時(shí)，氣壓調(diào)節(jié)器1在控制信號(hào)的作用下打開(kāi)給儲(chǔ)氣罐充氣，當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力=設(shè)定值時(shí)，氣壓調(diào)節(jié)器1自動(dòng)關(guān)閉，維持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，最終保證儲(chǔ)氣罐壓力在設(shè)定值范圍內(nèi)微小波動(dòng)。儲(chǔ)氣罐壓力大小可通過(guò)排氣閥手動(dòng)控制，模仿開(kāi)挖倉(cāng)泄漏，借助該模擬系統(tǒng)模擬盾構(gòu)開(kāi)挖倉(cāng)保壓系統(tǒng)，可以對(duì)保壓系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)及調(diào)試。

通過(guò)設(shè)置氣動(dòng)控制器2、氣壓變送器2和氣壓調(diào)節(jié)器2、氣路5、氣路6、氣路7、反饋管路2和控制管路2，同上理可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及調(diào)試，為模擬保壓系統(tǒng)提供了一種補(bǔ)充，也是提高了一種備份方案。

4 總結(jié)與效果檢查

通過(guò)設(shè)置儲(chǔ)氣罐、氣壓調(diào)節(jié)器1、氣壓變送器1、氣動(dòng)控制器1、氣路1～4、反饋管路1和控制管路1，從而對(duì)盾構(gòu)開(kāi)挖倉(cāng)的保壓系統(tǒng)進(jìn)行模擬，對(duì)開(kāi)挖倉(cāng)、開(kāi)挖倉(cāng)氣體損失、氣壓變送器比例變送，控件合理安裝及管路連接，進(jìn)行提前檢測(cè)、故障判斷和調(diào)試，徹底解決了工地應(yīng)急采購(gòu)成本高，貨期長(zhǎng)（7～8周）影響施工進(jìn)度的難題，其使用方便，使用效果好。

5 結(jié)語(yǔ)

本檢測(cè)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎合理，工作可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，能夠?qū)﹂_(kāi)挖倉(cāng)、開(kāi)挖倉(cāng)氣體損失、氣壓變送器比例變送、控件合理安裝及管路連接，進(jìn)行提前檢測(cè)、故障判斷和調(diào)試，且其使用方便、節(jié)約了成本，便于推廣使用。