IHI主动铰接EPBM盾构机操作技术
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IHI 主动铰接 EPBM 盾构机操作技术
王玉栋 （中国铁建大桥局集团第六工程公司） 【内容摘要】 石川岛播磨重工业集团在隧道掘进机领域也有着出色的表现。自 1960 年， 它们已经制造了包括微型隧道掘进机在内的 2000 余台设备，本文主要介绍石川岛直径 6.340m 主动铰接土压平衡盾构机操作及应用技术。 【关键词】盾构操作 主动铰接 故障解除 1.IHI 盾构机简介 本盾构机设计的最小水平转弯半径为 250m，最大爬坡能力为 30‰，提供最大总推力为 37500KN，最大掘进速度 60mm/min,普通模式下刀盘最大抗扭 5235KN.M，脱困模式下最大抗 扭 6280KN.M,铰接方式为主动铰接，适用于粘土，砂质粘土，粉质粘土；土仓工作压力最大 值为 3bar，开挖直径为 6340mm。盾构机主要系统包括：刀盘系统、推进及铰接系统、同步 注浆系统、螺旋输送机系统、主动铰接系统、仿行刀系统、盾尾油脂系统等。
仿行刀掘削形状的设定方法 设定仿行刀掘削形状时，是以刀盘右旋转为基准设定，左旋转时，程序电路自动让其反转， 进行相反动作。
仿行刀掘削形状的设定是将旋转角 360º分为 12 等区，用 12 个 3 位开关设定“出“、“中 立”、”入”的内容。
仿行刀掘削设定方法 备用仿行刀的使用 先关闭仿行刀的泵装置系统，更换油管进行重新连接，将盾构机操作盘内的开关“仿行刀备 品使用”置于 on 即可。
铰接油缸设定方法 在转弯掘进中，要控制连接桥牵引千斤顶，调节台车连接杆长度（掘进时 2940mm 千斤 顶行程为 750mm），防止台车轮脱轨。
牵引千斤顶油压系统 2.7 同步注浆装置
盾构机开始掘削时，千斤顶实施开动作，浇灌阀打开时，同步注浆泵运转，实现注浆动 作。注浆结束后，关闭浇灌阀，进行清洗作业，为了保证管路清洗干净，在清水中注入空气， 启动空气锤，从壁后注浆泵的清洗管进行注水，直到透明的清水流出为止。为了防止同步浆 液逆向流动，一定要将填充阀关闭。 2.8 盾尾密封充填装置 本机盾尾注脂管路共 12 条，分为前密封 6 条，后密封 6 条，操作方式为手动和自动模式，
4 管片拼装机延伸
缩减拼装机千斤顶
5 油箱低油位 6 刀盘停止旋转
补油到正常液位 解除刀盘关联条件
2.3.2 推进系统注意事项 主控室内可以进行推进油缸的推与拉的动作，为了防止误操作，要将盘上的“盾构机千
斤顶引操作许可”开关设为 on，可以进行拉的动作。在安装管片时，选择“机侧”键，然 后在盾构机千斤顶的操作箱上进行盾构机千斤顶操作。推进系统掘进时都是以 34.3MPa 的压 力工作，但除了掘进之外其压力被限制在 9.8MPa,防止刀盘停止时，千斤顶的勉强工作以及 拼装管片时盾构千斤顶的多余动作。
待确认完毕后，启动各个系统包括：刀盘电机、盾构机推进泵装置、螺旋输送机泵装置、 螺旋后闸门泵装置、仿行刀泵装置、盾尾密封填充泵、同步注浆装置、盾尾间隙测量装置等， 当泵装置按钮为启动时，油压泵便开始工作，油压要在工作指示灯亮 3 秒后稳定，要等油压 稳定后再启动有关设备。 泵装置启动方式包括如下两种： a，手控运转
区间右转弯时，在进入 HZ 点前一个机身长进行仿行刀，到达 HZ 里程点时进行铰接操作， 曲线操作时左侧推进油缸全部选取，右侧选取 2 组；在取得铰接角度时，控制推进速度在 20mm/min 以内，设定方法如图所示，达到所定的角度后，停止右折操作。操作过程中一旦
超过本盾构机最大铰接角度，则报警出现铰接停止动作，此时要停止推进、螺旋输送，这种 情况下，把“铰接复位”键置于 on，进行铰接行程或铰接角度的返回操作。
1.掘削地层硬度高时； 2.掘进速度快，刀盘钻头的切入深度在较为大幅的推进状态时； 3.掘进刚刚停止，马上终止刀盘转动； 4.同步浆液倒灌进土仓中，将刀盘卡死。 2.2.3 操作注意事项
刀盘转动时，注意转角 由于土砂阻力出现盾构机机身欲向刀盘旋转的反方向转动，导 致结果 盾体调整不回来，渣土无法积载到皮带机上。改变刀盘旋转方向，使其与转角方向 相同旋转来修正转角。 从刀盘旋转开始一分钟起旋转，不能开始推进 设定刀盘速度 17HZ～80HZ（定格 45HZ）
观察压力计的指示计将压
2. 溢流阀处于开放状态但被锁住 力设定为规定压力
3. 油通过其他管路流入油箱
清扫调整阀
4. 阀或千斤顶内部泄漏
检查回油管路和各阀动作
5. 外部泄漏
卸下加压检查
检查管路、泵、电动机、
阀等
修理泄油处
卸泵修理
千斤顶不规则动作
油压管内混入空气
检查油箱油量
检查管路接头处泄放管内
空气
3.结束语 通过对盾构机系统结构及故障的深入了解，可以更好的使盾构机达到最佳运行状态，提
要保证自动模式下充填时间不能设定为 10 秒未满 99 秒以上，停止时间不能设定为 1 分未满 99 秒以上。保证盾尾脂注入量，防止盾尾的浆液、水、流沙涌入盾体内。
2.9 油压系统
如表，对于油压系统出现的一些故障进行分析，总结出相应的解决方法。
故障
分析
解决方法
油泵噪音变大
1. 排油管内有空气
打开泄气塞放出空气
2.6 铰接系统 铰接千斤顶的顶伸收缩，可以将盾构机前框架与后框架以直角折曲为两个部分，可以用
设定角度固定，铰接千斤顶能够使盾构机按左右，或上下折曲，本铰接系统为主动铰接，铰 接千斤顶分成上下左右 6 个区块，在左右或者上下通过伸缩铰接千斤顶，可以把盾构机机体 弯曲成折形，铰接常用在盾体曲线转弯的情况。操作铰接系统时，需要连续向铰接密封处供 油，防止铰接处漏水。
闸门手动关闭阀 2.5 仿行刀系统
仿行刀有两种操作方法：仅作为过量掘削的手动和预先设定过量的自动运转。最大过量 掘削量为 100MM，本机平时备有两套仿行刀，有时用中间转矩作业，仿行刀会过于伸出设定 值，将控制盘内的“仿行刀伸低速”置于 on，即可。自动模式下，刀盘开始转动时，在刀 盘通过原点之前，仿行刀无动作。长时间使用仿行刀，会出现指针与实际行程之间的误差， 此时需手动进行仿行刀调零。
2.盾构机操作 2.1 操作前准备及各系统启动方式
启动前确认电压是否为规定电压，380V（50HZ）±10%，如果电压的变动超过要求时， 停止工作调查原因；盾构机启动盘内及刀盘控制自动断路器须在接通的位置，若断开将不能 启动；确认油箱中的油量，不允许在液压油不足的情况下工作，油泵有被烧损的危险；各油 泵的截止阀必须完全处在 open 的位置；滑动部位以及旋转部位是否加足了润滑油。
千斤顶顶块的倾斜度超过了±3º，则容易使顶块和主体的结合处损坏，有落下的危险， 务必要用 B 的方法。
2.4 螺旋输送机 本台盾构机的螺旋输送机是由两台液压马达驱动，能正反面旋转，正转时是将砂土排出，
反转时将砂土捏合。螺旋机油泵的自我保护功能，最低也会吐出最大油量的 10%的油，所以 螺旋机实际最低旋转数为最大旋转数的 10%。
自动断路器复位 修理漏电部位，自动断路器复位 确认各 INV 屏幕，关闭刀盘控制 ELB，恢复后按键复位
8 刀盘外周部密封温度异常
外周温度超过 70℃ 等待冷却，降 低扭矩
9 刀盘封头部密封温度异常
封头部温度超过 70℃ 等待冷却， 降低扭矩
10 人行闸开
关闭闸门
2.2.2 刀盘卡住原因 以下情形会使刀盘卡在地层中不能再动作的原因：
将泵卸下修理
2. 泵吸入口漏气
检点拧紧
3. 油箱油量不足
泄放泵中空气
4. 吸入管堵塞
加油
检点清理
千斤顶的动作缓慢，反应迟 1. 油箱油量不足
加油
钝
2. 吸入管进入空气
检查拧紧
3. 回油过滤器堵塞
检查清理
4. 油耗度过高
提高油温
5. 溢流阀处在开放状态但被锁住 清扫调整阀
千斤顶推力减小
1. 溢流阀设定的压力偏低
2.2 刀盘系统 2.2.1 刀盘系统故障解决
刀盘常见故障
解决方法
1
润滑油 NO.1 未加油（持续 60 分钟以 油泵混入空气达不到压力，释放空
上时）
气。
2 刀盘扭矩过大
降低推进速度 减小扭矩
3 刀盘电机冷却
等到指示灯熄灭为止
4
刀盘启动盘紧急停止
解除紧急停止，按复位键
5 刀盘启动盘控制 ELB 跳闸 6 刀盘启动盘 INV 跳闸 7 刀盘变换器异常
2. 排油过滤片的滤孔被堵塞
检点清理
3. 管子接头松动
拧紧
4. 泵中混入空气
泄放泵中空气
5. 泵的壳体松动
将泵卸下进行修理
6. 由于吸入空气，溢流阀发生不 拧紧
规则的震动或自激振动现象 泄放泵中空气
7. 油箱油量不足
检查加油
8. 油的粘度过高
检查换油
9. 电动机和泵轴不同心
检查修理
百度文库
泵不出油
1. 连接轴断裂
高工作效率，以及对盾构机姿态的保持都有很重要的决定因素，通过正确的操作方法，将实 际施工线路保证在《盾构法施工与验收规范》要求的允许公差内。
【参考文献】 1.石川岛播磨重工业集团，盾构机操作使用维护说明书 2.盾构法施工与验收规范 GB50446-2008 3.谢武斌.盾构机掘进机的操作与维护[ J].电子科技出版社.2013
螺旋输送机的控制方式下列几种：a.手动控制:手动设定转速;b.体积控制:由盾构机的 推进速度作为比率，控制旋转速度;c.土压控制:保持土压值，来控制螺旋机转速。
2.5 排闸门紧急关闭方法 停电时，要求紧急关闭闸门，储压器所蓄积的能量放出，用主控室后部的手动转换阀进
行操作。方法如图所示，拔掉手柄的解除销，将手柄处于“开”的位置，操作转换阀手柄， 可以控制闸门开关。
刀盘转速与周波数对应值
周波数与扭矩关系
2.3 推进系统
2.3.1 推进系统故障解决
推进系统常见故障
1
铰接冲程异常
2 铰接角度异常
解决方法 行程 130MM，缩回铰接，再次调整 铰接
中折角度大于：左 1.3 º右 1.3 上 下 0.8º，缩回千斤顶，再次调整
3 铰接内侧冲程异常
铰接内侧冲程偏离值在理想值-5 以下或 30 以上，缩回铰接再次调 整
将操作电源至于启动处，选择 PU 联动“开关的单独 ”开关，再次按动可切换为 “联动” 各个油泵启动，启动后运行 5～6 分钟空载，以测定各油压系统有无异常。 b，联动运转
选取联动按钮，按下“ 操纵” 按钮，刀盘、螺旋机电机推进系统电机闸门系统电机仿 行刀电机的顺序进行联动运转，按下停止键 ，所有泵装置停止。
王玉栋 （中国铁建大桥局集团第六工程公司） 【内容摘要】 石川岛播磨重工业集团在隧道掘进机领域也有着出色的表现。自 1960 年， 它们已经制造了包括微型隧道掘进机在内的 2000 余台设备，本文主要介绍石川岛直径 6.340m 主动铰接土压平衡盾构机操作及应用技术。 【关键词】盾构操作 主动铰接 故障解除 1.IHI 盾构机简介 本盾构机设计的最小水平转弯半径为 250m，最大爬坡能力为 30‰，提供最大总推力为 37500KN，最大掘进速度 60mm/min,普通模式下刀盘最大抗扭 5235KN.M，脱困模式下最大抗 扭 6280KN.M,铰接方式为主动铰接，适用于粘土，砂质粘土，粉质粘土；土仓工作压力最大 值为 3bar，开挖直径为 6340mm。盾构机主要系统包括：刀盘系统、推进及铰接系统、同步 注浆系统、螺旋输送机系统、主动铰接系统、仿行刀系统、盾尾油脂系统等。
仿行刀掘削形状的设定方法 设定仿行刀掘削形状时，是以刀盘右旋转为基准设定，左旋转时，程序电路自动让其反转， 进行相反动作。
仿行刀掘削形状的设定是将旋转角 360º分为 12 等区，用 12 个 3 位开关设定“出“、“中 立”、”入”的内容。
仿行刀掘削设定方法 备用仿行刀的使用 先关闭仿行刀的泵装置系统，更换油管进行重新连接，将盾构机操作盘内的开关“仿行刀备 品使用”置于 on 即可。
铰接油缸设定方法 在转弯掘进中，要控制连接桥牵引千斤顶，调节台车连接杆长度（掘进时 2940mm 千斤 顶行程为 750mm），防止台车轮脱轨。
牵引千斤顶油压系统 2.7 同步注浆装置
盾构机开始掘削时，千斤顶实施开动作，浇灌阀打开时，同步注浆泵运转，实现注浆动 作。注浆结束后，关闭浇灌阀，进行清洗作业，为了保证管路清洗干净，在清水中注入空气， 启动空气锤，从壁后注浆泵的清洗管进行注水，直到透明的清水流出为止。为了防止同步浆 液逆向流动，一定要将填充阀关闭。 2.8 盾尾密封充填装置 本机盾尾注脂管路共 12 条，分为前密封 6 条，后密封 6 条，操作方式为手动和自动模式，
4 管片拼装机延伸
缩减拼装机千斤顶
5 油箱低油位 6 刀盘停止旋转
补油到正常液位 解除刀盘关联条件
2.3.2 推进系统注意事项 主控室内可以进行推进油缸的推与拉的动作，为了防止误操作，要将盘上的“盾构机千
斤顶引操作许可”开关设为 on，可以进行拉的动作。在安装管片时，选择“机侧”键，然 后在盾构机千斤顶的操作箱上进行盾构机千斤顶操作。推进系统掘进时都是以 34.3MPa 的压 力工作，但除了掘进之外其压力被限制在 9.8MPa,防止刀盘停止时，千斤顶的勉强工作以及 拼装管片时盾构千斤顶的多余动作。
待确认完毕后，启动各个系统包括：刀盘电机、盾构机推进泵装置、螺旋输送机泵装置、 螺旋后闸门泵装置、仿行刀泵装置、盾尾密封填充泵、同步注浆装置、盾尾间隙测量装置等， 当泵装置按钮为启动时，油压泵便开始工作，油压要在工作指示灯亮 3 秒后稳定，要等油压 稳定后再启动有关设备。 泵装置启动方式包括如下两种： a，手控运转
区间右转弯时，在进入 HZ 点前一个机身长进行仿行刀，到达 HZ 里程点时进行铰接操作， 曲线操作时左侧推进油缸全部选取，右侧选取 2 组；在取得铰接角度时，控制推进速度在 20mm/min 以内，设定方法如图所示，达到所定的角度后，停止右折操作。操作过程中一旦
超过本盾构机最大铰接角度，则报警出现铰接停止动作，此时要停止推进、螺旋输送，这种 情况下，把“铰接复位”键置于 on，进行铰接行程或铰接角度的返回操作。
1.掘削地层硬度高时； 2.掘进速度快，刀盘钻头的切入深度在较为大幅的推进状态时； 3.掘进刚刚停止，马上终止刀盘转动； 4.同步浆液倒灌进土仓中，将刀盘卡死。 2.2.3 操作注意事项
刀盘转动时，注意转角 由于土砂阻力出现盾构机机身欲向刀盘旋转的反方向转动，导 致结果 盾体调整不回来，渣土无法积载到皮带机上。改变刀盘旋转方向，使其与转角方向 相同旋转来修正转角。 从刀盘旋转开始一分钟起旋转，不能开始推进 设定刀盘速度 17HZ～80HZ（定格 45HZ）
观察压力计的指示计将压
2. 溢流阀处于开放状态但被锁住 力设定为规定压力
3. 油通过其他管路流入油箱
清扫调整阀
4. 阀或千斤顶内部泄漏
检查回油管路和各阀动作
5. 外部泄漏
卸下加压检查
检查管路、泵、电动机、
阀等
修理泄油处
卸泵修理
千斤顶不规则动作
油压管内混入空气
检查油箱油量
检查管路接头处泄放管内
空气
3.结束语 通过对盾构机系统结构及故障的深入了解，可以更好的使盾构机达到最佳运行状态，提
要保证自动模式下充填时间不能设定为 10 秒未满 99 秒以上，停止时间不能设定为 1 分未满 99 秒以上。保证盾尾脂注入量，防止盾尾的浆液、水、流沙涌入盾体内。
2.9 油压系统
如表，对于油压系统出现的一些故障进行分析，总结出相应的解决方法。
故障
分析
解决方法
油泵噪音变大
1. 排油管内有空气
打开泄气塞放出空气
2.6 铰接系统 铰接千斤顶的顶伸收缩，可以将盾构机前框架与后框架以直角折曲为两个部分，可以用
设定角度固定，铰接千斤顶能够使盾构机按左右，或上下折曲，本铰接系统为主动铰接，铰 接千斤顶分成上下左右 6 个区块，在左右或者上下通过伸缩铰接千斤顶，可以把盾构机机体 弯曲成折形，铰接常用在盾体曲线转弯的情况。操作铰接系统时，需要连续向铰接密封处供 油，防止铰接处漏水。
闸门手动关闭阀 2.5 仿行刀系统
仿行刀有两种操作方法：仅作为过量掘削的手动和预先设定过量的自动运转。最大过量 掘削量为 100MM，本机平时备有两套仿行刀，有时用中间转矩作业，仿行刀会过于伸出设定 值，将控制盘内的“仿行刀伸低速”置于 on，即可。自动模式下，刀盘开始转动时，在刀 盘通过原点之前，仿行刀无动作。长时间使用仿行刀，会出现指针与实际行程之间的误差， 此时需手动进行仿行刀调零。
2.盾构机操作 2.1 操作前准备及各系统启动方式
启动前确认电压是否为规定电压，380V（50HZ）±10%，如果电压的变动超过要求时， 停止工作调查原因；盾构机启动盘内及刀盘控制自动断路器须在接通的位置，若断开将不能 启动；确认油箱中的油量，不允许在液压油不足的情况下工作，油泵有被烧损的危险；各油 泵的截止阀必须完全处在 open 的位置；滑动部位以及旋转部位是否加足了润滑油。
千斤顶顶块的倾斜度超过了±3º，则容易使顶块和主体的结合处损坏，有落下的危险， 务必要用 B 的方法。
2.4 螺旋输送机 本台盾构机的螺旋输送机是由两台液压马达驱动，能正反面旋转，正转时是将砂土排出，
反转时将砂土捏合。螺旋机油泵的自我保护功能，最低也会吐出最大油量的 10%的油，所以 螺旋机实际最低旋转数为最大旋转数的 10%。
自动断路器复位 修理漏电部位，自动断路器复位 确认各 INV 屏幕，关闭刀盘控制 ELB，恢复后按键复位
8 刀盘外周部密封温度异常
外周温度超过 70℃ 等待冷却，降 低扭矩
9 刀盘封头部密封温度异常
封头部温度超过 70℃ 等待冷却， 降低扭矩
10 人行闸开
关闭闸门
2.2.2 刀盘卡住原因 以下情形会使刀盘卡在地层中不能再动作的原因：
将泵卸下修理
2. 泵吸入口漏气
检点拧紧
3. 油箱油量不足
泄放泵中空气
4. 吸入管堵塞
加油
检点清理
千斤顶的动作缓慢，反应迟 1. 油箱油量不足
加油
钝
2. 吸入管进入空气
检查拧紧
3. 回油过滤器堵塞
检查清理
4. 油耗度过高
提高油温
5. 溢流阀处在开放状态但被锁住 清扫调整阀
千斤顶推力减小
1. 溢流阀设定的压力偏低
2.2 刀盘系统 2.2.1 刀盘系统故障解决
刀盘常见故障
解决方法
1
润滑油 NO.1 未加油（持续 60 分钟以 油泵混入空气达不到压力，释放空
上时）
气。
2 刀盘扭矩过大
降低推进速度 减小扭矩
3 刀盘电机冷却
等到指示灯熄灭为止
4
刀盘启动盘紧急停止
解除紧急停止，按复位键
5 刀盘启动盘控制 ELB 跳闸 6 刀盘启动盘 INV 跳闸 7 刀盘变换器异常
2. 排油过滤片的滤孔被堵塞
检点清理
3. 管子接头松动
拧紧
4. 泵中混入空气
泄放泵中空气
5. 泵的壳体松动
将泵卸下进行修理
6. 由于吸入空气，溢流阀发生不 拧紧
规则的震动或自激振动现象 泄放泵中空气
7. 油箱油量不足
检查加油
8. 油的粘度过高
检查换油
9. 电动机和泵轴不同心
检查修理
百度文库
泵不出油
1. 连接轴断裂
高工作效率，以及对盾构机姿态的保持都有很重要的决定因素，通过正确的操作方法，将实 际施工线路保证在《盾构法施工与验收规范》要求的允许公差内。
【参考文献】 1.石川岛播磨重工业集团，盾构机操作使用维护说明书 2.盾构法施工与验收规范 GB50446-2008 3.谢武斌.盾构机掘进机的操作与维护[ J].电子科技出版社.2013
螺旋输送机的控制方式下列几种：a.手动控制:手动设定转速;b.体积控制:由盾构机的 推进速度作为比率，控制旋转速度;c.土压控制:保持土压值，来控制螺旋机转速。
2.5 排闸门紧急关闭方法 停电时，要求紧急关闭闸门，储压器所蓄积的能量放出，用主控室后部的手动转换阀进
行操作。方法如图所示，拔掉手柄的解除销，将手柄处于“开”的位置，操作转换阀手柄， 可以控制闸门开关。
刀盘转速与周波数对应值
周波数与扭矩关系
2.3 推进系统
2.3.1 推进系统故障解决
推进系统常见故障
1
铰接冲程异常
2 铰接角度异常
解决方法 行程 130MM，缩回铰接，再次调整 铰接
中折角度大于：左 1.3 º右 1.3 上 下 0.8º，缩回千斤顶，再次调整
3 铰接内侧冲程异常
铰接内侧冲程偏离值在理想值-5 以下或 30 以上，缩回铰接再次调 整
将操作电源至于启动处，选择 PU 联动“开关的单独 ”开关，再次按动可切换为 “联动” 各个油泵启动，启动后运行 5～6 分钟空载，以测定各油压系统有无异常。 b，联动运转
选取联动按钮，按下“ 操纵” 按钮，刀盘、螺旋机电机推进系统电机闸门系统电机仿 行刀电机的顺序进行联动运转，按下停止键 ，所有泵装置停止。