（广东华隧建设股份有限公司 广东 广州 510520）
【摘 要】土压平衡式盾构机上的一个重要部位是由管片拼装系统构成的，由拼装机行走梁、旋转架、行走架和拼装头组成的管片拼装机是管片拼装系统的重要组成部分，在开挖隧道的施工过程中，盾构机首先掘进一环距离，再将由管片组成的单纯衬砌管片拼装组合，从而使隧道成型。本文简要介绍了盾构机的管片拼装系统，并提出分析一些排除管片拼装系统故障的方法。
【关键词】工作原理；故障现象；土压平衡式盾构
【中图分类号】U455 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）04-0082-02
引言
近年以来，随着我国交通行业的不断发展，我国的地铁交通发展进入到了提速阶段，地铁也成为了现代化城市最主要的公共交通方式。为了配合地铁隧道施工的需要，各式各样的隧道施工配套工具也逐渐被广泛应用，作为隧道施工工程最重要的工具——土压平衡式盾构机近年来也得到了广泛的应用。如今最普遍的土压平衡式盾构机是产于德国的海瑞克盾构机，已经进入中国地铁施工市场很多年，凭多年来的使用状况来看，海瑞克盾构机在施工过程中表现出较高的可靠性和稳定性，它的应用为中国地铁建设事业产生了巨大的推动力。但是由于机械结构的复杂性和施工环境的恶劣等多种因素，大型机械的使用难免也会出现一些小的故障，所以有必要对土压平衡式盾构机管片拼装系统的简单故障处理进行深入研究和分析，才能尽可能避免故障问题的出现。
1.土压平衡式盾构机的操作
1.1 掘进与排土
盾构机在掘进的过程中，液压马达产生动力驱动盾构机的刀盘，使其高速旋转，并同时启动推进油缸推动盾构机向前移动，伴随着推进油缸的推动力，高速旋转的刀盘接触到土石方体，切割下来的渣土放置至泥土仓，待到泥土仓满载，启动螺旋输送机将泥土仓的渣土推送到皮带输送机上，然后利用皮带输送机带动皮带运输到渣土车的土箱里，最后渣土车通过竖井运输到地面上。
1.2 排土量与排土速度的控制
在切削土石方体时，积累的渣土到了一定的数量后会对被切下的渣土进入泥土仓的过程产生阻力，泥土仓里面的土压力和开挖面的土压力会随着阻力的增大而增大，达到一定程度时会破坏与地下水的水压力之间的平衡，进一步破坏开挖面的稳定性，严重时会导致地面部分坍塌和隆起，对施工工程的进程和安全影响非常之大，所以要严格控制好输送出去的渣土数量与流入泥土仓的渣土数量相平衡以及皮带运输机运输渣土的速度，才能保持开挖工作的顺利进行。
1.3 管道拼装
土压平衡式盾构机在完成掘进一环的距离之后，操作人员启动拼接机并开始拼接安装单层衬砌管片，使隧道的轮廓形状初步成型。
2.管片拼接系统的构成
管片拼装机主要是由拼装机行走梁、旋转架、行走架和拼装头构成。行走大梁是用法兰装置与中盾的后支撑架相连接而成，旋转架是在拼装机的大梁行走槽中安放两个滚轮，并用法兰将其与拼装机支撑架相连接，内圈与旋转架、拼装头与旋转支架之间相连接。操作人员可以通过有线控制器或无线远程操作运行管片拼装机，来完成拼装管片的工序。由于安装了十个不同的位臵，其中包括十种不同的管环，操作人员可以选择不一样的管环使设计的隧道轴线和成型后的隧道轴线相结合。成型之后，还要在管环之间及管片之间安装密封以防止进水，并用高强度的螺栓相连接。
3.管片拼接系统的工作原理
盾构机有专门的电机驱动两个斜盘式变量轴向柱塞液泵，并与其他控制阀组形成开放式的回路，使回油能够回到原来的油箱，在回油的过程中运行的元件包含了斜盘式变量轴向柱塞液压和其他不同类型的油缸。
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操作人员需要盾构机执行操作指令时，可以利用拼装控制器向自动控制系统发送指令，运行SIMATIC Manager程序，必须的准备就绪之后，SIMATIC Manager程序开始执行供电程序，执行元件接受电流之后进行驱动完成操作指令。假如所需要的其中一个或一个以上的必要准备不满足，SIMATIC Manager程序就不会发送供电程序，拼装机也就不能完成相应的动作。
4.故障分析及解决措施
4.1 大臂油缸不能同时伸缩故障
管片拼装机的大臂油缸实现同时伸缩的运行条件是两个大臂油缸的行程偏差必须控制在111mm之内，这个行程距离一般由装在管片拼装机的左右两侧的拉线式行程传感器检测监控，一般伸缩的过程中，两个大臂油缸会产生不一样的倾斜角度，这个角度也是要保证控制在±1.5的范围之内，所以大臂油缸不能同时伸缩的故障一般应从行程偏差下手。可采用以下措施解决：
（1）检查安装在管片拼装机的左右两侧的拉线式行程传感器是否出现故障；
（2）检查拉线式行程传感器的拉线是否损坏，假如拉线不能够正常收放，则会影响到线式行程传感器的工作，大多数故障情况是因为拉线粘有杂物使得拉线卡住，这时只要清除拉线上的杂物即可。
4.2 旋转故障
盾构机有时会出现拼装机旋转故障问题，导致故障的原因一般有：
（1）盾构机自带S7-PLC系统出现问题；
（2）盾构机管片抓紧液压油压力不足；
（3）监测管片抓紧液压油压力的回路出现故障。这些主要因素会导致后续系列的故障，从而不能够满足必要条件的发生，使拼装机不能够完成机械旋转。
可采用以下措施解决：
在接近故障处的侧压接头处安放测压压力表，操作拼装机抓起管片的同时松开压力调节阀的处于拧紧状态的螺母，并顺时针轻微转动螺柱，调节螺柱时要注意压力表的数值，当油压到达90Bar时，应立即将螺母锁紧，这样就会引起液压油压力的变动，使得故障解决。
4.3 管片上浮问题
受盾构机姿态控制、衬背注浆质量及工程地质和水文地质等因素的影响，管片和地层之间会形成一定的环形空间，这就为管片的上浮提供了空间，在掘进的过程中，盾构机可能会破坏含水地层的结构，使地下水渗入到所形成的环形空间里，一定时间后，当地下水完全充满环形空间，被完全浸泡的隧道管片会受到巨大的浮力而上浮，从而导致隧道的管片发生错位的故障。可采用以下措施解决：
（1）要根据不同的盾构机姿态控制、衬背注浆质量、工程地质和水文地质、地铁隧道埋深等情况的变化，对衬背注浆的浆液配比进行人工动态管理，以便控制地表的沉降，提高管片的稳定性。
（2）为了使周围岩体与隧道的管片融为一体，结合成一体化的构造物体，在选择浆液的时候要特别注意性能的差异，尤其是浆液的初凝时间、填充性、早期强度等。
4.4 大臂油缸故障
盾构机的管片拼装机安装有一个大臂油缸，主要用于提升并运输管片到指定位置，大臂油缸的吸盘底部有一个真空压力的开关，当开关将PLC 24V的直流电压的信号发送至PLC控制系统时，吸盘就会被吸牢然后被提起，一般大臂油缸出现不能提升的故障是由于真空压力开关反馈不出信号所引起，可采用以下措施解决：
（1）程序收到了反馈的信号时，程序梯形图会变暗，所以检查程序的梯形图输出条件是否变暗，假如无，则说明运行的条件不能满足，这时就可以通过没有变暗的项目查出条件故障，从而做出解决；
（2）检查连接真空压力开关的信号线是否损坏，假如不能够反馈信号，则说明信号线断了，需更换线路；
（3）检查电源，检测真空压力开关是否带有24vdv的电源。
5.结语
现实操作中，土压平衡式盾构机管片拼装系统的故障原因会涉及到电路、机械、自动控制装置及其土压平衡式盾构机操作等方面，虽然土压平衡式盾构机管片拼装系统的控制对于操作人员来说是一件比较单一的东西，但是它更多的要求是操作人员对所使用的机器的了解和熟悉，特别是对关键部位的设备元件的认知，因此，在现实操作过程中，电气人员应该在日常工作中学习和积累调试实践的知识和经验，重点掌握土压平衡式盾构机管片拼装系统的工作原理、电气控制、结构模型等，学会全面辩证地分析推理、测试和调整，这样才能克服工作所出现的困难，准确快速找到管片拼装系统的故障，更好地为盾构的施工服务，从而实现为广大人民建设建成满意的工程项目！
参考文献
[1]钱晓刚.盾构掘进设备中的管片拼装机机构设计方法[D].上海交通大学,2011年.
[2]张占强.小直径全断面掘进机管片拼装机设计研究[D].吉林大学,2012年.
[3]郝万军,张艳伟,崔国华.全断面盾构掘进机管片拼装系统的技术现状研究[J].矿山机械,2012年23期.
论文作者:王刚
论文发表刊物:《建筑知识》2017年4期
论文发表时间:2017/6/16
标签：管片论文; 盾构论文; 装机论文; 渣土论文; 故障论文; 隧道论文; 操作论文; 《建筑知识》2017年4期论文;