盾构机电气组成系统与常见故障处理分析

盾构机电气组成系统与常见故障处理分析

郑权

中铁三局集团桥隧工程有限公司    四川省成都市   610000

摘要：伴随着我国基建事业的不断发展，越来越多的基建工程已经开始不断开工，而盾构法在许多的施工方法中脱颖而出成为越来越多建筑公司的首选，它的优点在于可以适应任何艰苦的施工环境和施工的高效率。但是盾构机是盾构法施工的专业设备，有很大的局限性。为实现盾构机的安全、稳定运行，降低电气系统故障发生率，该文对盾构机及其电气系统的组成进行概述，并分析常见故障与处理措施，最后探究电气系统的维护与检修方案，以便科学处理故障，维护盾构机运行状态稳定，并提高电气系统故障预防能力，减少影响盾构机稳定运行的因素，保障掘进安全、顺利进行，规避停机维修。

关键词：盾构机；电气；故障

引言

现代盾构机具有智能化、大型化、自动化的特点，是一种电气一体化隧道挖掘施工机械，其功能复杂、控制环节多，工序之间联系密切、关系复杂，保障电气系统稳定才能提高控制效率、减少故障，降低对掘进作业进度与安全的影响。但由于作业环境恶劣、风险系数偏高，电气系统易出现情况复杂的故障，导致现场长时间停机维修，耽误掘进工期。基于此，分析盾构机电气系统及其常见故障的处理、日常维护检修有着重要现实意义。

1盾构机工作原理及组成

1.1盾构机工作原理

地铁盾构机的基本工作原理就是盾体沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。盾体对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压并将地下水挡在外面的功能。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。以下主要介绍使用的⌀６４１０ｍｍ土压平衡盾构机ＤＨ２３５，此盾构机采用主动铰接方式。

1.2盾构机主要组成及功能介绍

1.2.1刀盘

刀盘用于切割隧道断面层，并在一定压力下保证隧道断面层稳定。刀盘主要由刀盘基体及刀盘表面上分布的不同种类的切达组成，通过不同形式的刀具及分布形式适应不同的地质结构的开挖。ＤＨ２３５盾构机刀盘总重４１ｔ，表面分布有鱼尾中心刀１把，贝壳刀４２把，切刀８４把，保径刀６把，超挖刀２把，开口率５０％，泡沫口６个，磨损检测器１个，大圆环外部及辐条表面堆焊耐磨层。

1.2.2前盾

前盾主要由前盾壳体、防涌门、主驱动、人舱、螺旋输送机、土压传感器、运刀平台等构成，其内主驱动直接带动刀盘旋转对土层进行切割，并通过螺旋输送机将切割后的土渣运输到皮带输送机，人舱用于检修盾构机刀盘处使用。

1.2.3中盾

中盾主要由中盾壳体、中折盾壳体、推进油缸、铰接油缸、盾体内行走楼梯、紧急气囊、超前注浆管、防扭板等部分组成，中盾主要作用是实现盾体的推进及转弯。

1.2.4尾盾

尾盾主要由盾尾结构件、止浆板压板、密封刷等构成，尾盾主要是起到支撑保护，对已拼装管片进行注浆等功能。

1.2.5管片拼装部分

管片拼装主要由托梁、管片拼装机等部分组成，主要实现管片的拼装过程。

1.2.6后配套

后配套由连接桥及１～６号拖车构成，其上分布有主控室、砂浆罐、液压站、泡沫罐、电气柜、油脂桶、储水罐、膨润土罐、污水罐、风筒、皮带输送机等部件构成。

2盾构机电气系统常见故障与处理措施

2.1电气元件发生损坏

在盾构机运行中，受多方面因素的影响电气元件出现故障与烧毁的概率较高，影响正常使用，导致盾构机的功能受到限制。例如：继电器发生烧毁或损坏，控制系统无法正常地向外输出信号、控制电机的启停，对于此类元件故障，应立即展开排查，观察位于电磁线圈上的电压继电器情况，并使电气系统处于失电状态，重新启动系统后观察继电器是否复位，也可以向线圈加电，对触点接通情况进行观察。又如：传感器、电磁阀出现故障，由于通过两者的电流偏小，检查中不易发现故障，可以通过排除法判断，将传感器拆卸下来连接到其他传感器接口上，再将其他运行状态传感器连接到该接口上，先判断是否因接口故障所致，接口无异常则表示传感器故障；若运行异常传感器在其他接口上的运行状态也存在异常，也表示存在故障。

2.2刀盘电机无法启动

对中交天和盾构机进行调试时发现刀盘电机无法正常启动，为避免电机运行异常影响机械系统工作效率，采取以下处理措施。（1）通过变频器实时控制刀盘电机的运行状态，并由操作人员通过触摸屏或总控面板发出控制信号，直接传输至操作盘的PLC控制系统中，再继续向动力盘PLC控制系统、变频器盘PLC控制系统传递指令，最后的传输对象为变频器。完成控制信号传输后将电机启动，此时若变频器的示值为0则表示无电压从输出端输出，然后将变频器与电机连接，变频器工作正常时表示刀盘电机本身无故障[4]。（2）将刀盘电机启动，此时速度、启动以及正反转信号均能正常传输给变频器，表示传输信号线路没有出现故障。（3）更换控制面板，判断是否因控制面板失灵所致。

2.3油脂气动注脂泵自动停止功能失灵

中交天和盾构机在设计过程中常在油脂气动注脂泵的油脂油桶上安装含有2个探头的光电型接近开关，其中一个对应高液位，另一个对应低液位，经过检测则可以根据液位信号对注脂泵的启停进行控制，其中低液位信号表示桶内需要补油、高液位信号表示可以结束补油。若油脂泵无法自动停止，可以将PLC控制程序打开，根据程序上的显示结果判断故障、处理故障。如果桶中油位偏低，PLC程序上i29.4、i29.5均显示为0，再观察置位是否处于SR，如果处于需要立即启动自动注脂开关；桶中油位较低，PLC程序上i29.4、i29.5分别显示0、1时，若SR状态信号未发生改变，需要继续完成自动注脂；桶中油位较高，PLC程序上i29.4、i29.5均显示为1，并复位SR，需要自动停止注脂泵的补油动作。由此可以发现，此次故障因接近开关的高液位感测探头损坏所致，应立即更换损坏配件，并调整PLC程序，临时将i29.4改为i29.5，先使桶中油位处于偏低状态，利用功能完好的低液位感测探头实现自动启动注脂泵。

2.4连接线路异常

连接线路异常也是盾构机电气系统发生率较高的故障之一，主要出现在元器件与功能、控制模块的连接上或通信网络的连接上，当连接线路出现断路或接触不良时，电气控制系统的信号传输将受到影响，出现传输效率下降或信号传输错误的情况，无法保障及时向处理模块中输送数据，从而影响整个电气系统的运行状态。

2.5管片拼装机前后动作灵敏性下降

盾构机运行中出现管片拼装机前后动作灵敏性下降，但操控手柄时并未发出报警信号，对红、蓝色油缸伸缩与前后动作电磁阀进行控制时均无异常出现，此时，设备仍然可以正常地接收或发射无线信号，但拆卸手柄，发现控制油缸行进和伸缩按钮上有与电路板相接处的簧片，但也不会对油缸正常行进造成影响，反而会导致伸缩控制指令执行上出现迟钝现象，将与电路板相接处的簧片拆卸下来后，则看到断裂的触头。该情况可以直接更换簧片，若情况十分严重则需要更换整个操作手柄。

结束语

在盾构机设备管理过程中，必须提高对设备运行管理的重视。盾构机设备管理人员必须与时代发展需求相适应，持续提升自身专业素养与技术能力，并从问题的根源抓起，重视质量、使用过程及维保，保证盾构机运行过程的安全性、稳定性和可靠性。

参考文献

[1]吴俊，袁大军，李兴高，等.盾构刀具磨损机理及预测分析[J].中国公路学报，2017（8）：109-116.

[2]张明富，袁大军，黄清飞，等.砂卵石地层盾构刀具动态磨损分析[J].岩石力学与工程学报，2008（2）：397-402.