浅谈盾构机推进系统与故障

浅谈盾构机推进系统与故障
刘志红
中国中铁一局城轨公司，陕西西安 710054
摘要：目前，城市隧道施工采用的大多是盾构推进技术，但是此技术在隧道建设中存在一定的难点，且极易出现故障，导致施工无法正常进行。

因此必须要对故障做好预测。

基于此，文章从盾构机推进施工的原理入手，分析了盾构机推进系统与故障问题，以供相关人士参考。

关键词：盾构隧道；施工；系统；故障；对策
中图分类号：U455.3 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)05-0092-02
盾构机作为一种被广泛应用于城市地铁建设的大型工
程机械，其工作条件受到多种自然环境的影响，容易发生故障，因此对其故障预测技术的研究有十分重要的意义，但是采用传统故障预测技术很难满足要求，而随着人工智能故障预测技术的出现及其在实际工程应用中取得了很好的预测
效果，所以对盾构机的故障采用智能预测方法变得现实可行。

1 隧道盾构推进段施工概述
隧道盾构法是暗挖施工的一种形式，主要是利用机械进行施工,利用盾构机械在地表下面进行挖掘，运用盾构外壳
和管片对隧道的四周进行支撑，防止围岩的坍塌。

盾构法能够使隧道的埋深小于或者等于隧道的直径，使隧道的修筑面临最小的地表沉降。

盾构法的突出优势就是对城市的交通会造成大的影响，并且无污染。

2 盾构机推进系统故障预测研究意义
(1) 对盾构机推进系统结构以及工作原理进行更加细
致的研究，能够更加准确的找出盾构机推进系统故障发生机理，完善其故障知识，同时可以对系统采集的参数进行选择从而获取与盾构推进系统相关的故障征兆参数，为其故障预测的后续研究奠定重要的基础；
(2) 对盾构机推进系统故障预测算法的分析研究，可以改进之前己有的一些故障预测算法，并结合盾构推进系统故障预测的特点，提出一种合适的故障预测算法应用于其故障预测中，具有一定的指导作用；
(3) 对盾构机推进系统的故障预测系统的开发与应用，可以使盾构机推进系统在实际工业作业中降低故障发生率，缩短整个盾构工程的建设周期，减少对于专业修理人员和技术的依赖，从而节约地铁的造价成本。

3 盾构机工作原理
盾构隧道施工基本原理就是在挖掘隧道时利用盾体做
为临时的支护，在其保护下拼装管片形成稳固的衬砌，重复这一动作直到隧道贯通为止，整个施工过程主要为首先在隧道某段的一端修建竖井;通过盾构千斤顶将再推进过程中所
受到的地层阻力传到竖井的后侧壁上，以此来保持压力的平衡；盾构机眉推进一定的距离，管片拼装机就在盾尾支护下拼装一环衬砌管片，并通过注浆装置及时向紧靠盾尾后的衬砌环外围与开挖坑道周边之间的空隙中压注足够的浆体，用来形成稳固的支护，以防止隧道地面下沉。

当盾构机掘进到预定接收竖井时，掘进过程结束。

4 盾构机推进系统故障
本文通过对盾构机推进系统的故障进行分析之后，主要将其分为两类故障:其中一类故障是由个别器件失效引起的，可以直接通过专家和现场操作人员的经验，找出可能相关的故障源，并且可以对一些可监测到的故障征兆参数进行处理后，最终确定故障源和故障原因，此类故障可以称为浅层故障。

具体分析如下：
4.1 第一种
4.1.1 溢流阀故障
溢流阀是盾构推进系统液压压力控制阀，具有定压溢流、稳压以及系统卸荷的作用，其故障现象、原因以及对应的排除措施如表1所示。

4.1.2 比例换向阀故障
比例换向阀是用于控制盾构推进系统液压油缸或液压
马达的液压元件，其故障现象、原因以及对应排除措施如表1所示。

表1 比例换向阀故障
4.1.3 单向阀故障
单向阀主要是用来限制盾构推进系统液压油回流的元件，其故障现象、原因以及对应排除措施如表2所示。

表2 单向阀故障
4.1.4 传感器故障
传感器是采集数据的元件，其故障现象、原因以及对应排除措施如表3所示。

表3 传感器常见故障
4.1.5 液压油缸故障
液压油缸是盾构推进系统的执行元件，它将液压能转换成机械能，驱动千斤顶动作，其故障现（下转第 94 页）
3.5 二氧化氯消毒特点
ClO2作为氯的替代品，表现出极大的潜力，具有高效广谱的杀菌能力、持久的作用效果以及与水中有机物不生成卤代烃等诸多优点：
3.5.1 在适当的温度范围内，温度越高，二氧化氯的杀菌效力越大。

二氧化氯杀菌持续时间长，适用范围宽。

3.5.2 二氧化氯易挥发，气体和液态的二氧化氯均易爆炸，因此，二氧化氯装置的安放场所、操作程序均应符合有关规定。

3.5.3二氧化氯不仅可将水体中的微生物除去，而且可
将水中引起臭味的物质如硫化氢、硫醇等氧化分解为无毒无味的硫酸或磺酸，能将氰类、酚类有毒物质氧化降解为铵根离子和简单的有机物。

3.5.4因为二氧化氯不与水发生化学反应，故其消毒作
用受水的pH值影响小，在较高pH值时，二氧化氯消毒能力比氯强。

3.5.5 二氧化氯杀灭对象多，杀菌效果好，用量少，作用快，杀菌持续时间长，不仅能杀死细菌，而且能分解残留的细胞结构，并具有杀孢子和杀病毒的作用。

因此，在医院污水等可能含有较多病原微生物的污水处理场合可以有较
多应用。

3.6 二氧化氯消毒存在问题
二氧化氯消毒剂在实际使用中，也存在一定的问题需要解决：
3.6.1 氯酸盐法需要在现场制取二氧化氯，副产一定
量的氯气，影响二氧化氯的纯度，给二氧化氯的应用带来一定的麻烦，运行成本比较高，ClO2的消毒成本约为液氯的2～4倍。

3.6.2 发生器材质的耐腐蚀强度较高。

因为二氧化氯发生器，是在高酸条件下工作，而且ClO2。

本身也具有较强的氧化性，我厂的盐酸储存罐和氯酸钠原料罐均采用PE材质；对ClO2投加量的准确计量仍然未得到妥善解决；射水器、
流量计、泵、阀门以及二氧化氯在线监测仪都是关键的部件，精密度和材料都要求很高，才可以较好地控制生产和投加量。

3.6.3 ClO2气体性能不稳定，在空气中含量>10％或水溶液含量>30％时容易发生爆炸。

一般是使用真空负压条件反应的二氧化氯发生器，使产生的二氧化氯气体可以较快的进入水中。

3.6.4 将二氧化氯溶液应用于水处理系统时，要注意投加位置。

在一定温度下经过负压曝气发生反应生成二氧化氯和氯气的气液混合物，要和动力水充分混合后，经吸收系统吸收制成一定浓度的二氧化氯混合消毒液，投加到水池中，投加位置应低于水面，以防止二氧化氯挥发。

3.6.4 二氧化氯依然会产生一些副产物，主要是亚氯酸根，这是不可忽视的。

二氧化氯主要被还原成亚氯酸根(ClO2-)，亚氯酸根的毒性可使动物的甲状腺素的量降低。

可能导致血液突变。

但目前这方面的检测还有待完善。

4 结语
化学法二氧化氯发生器是一种采用化学原料进行化学
反应生成二氧化氯的装置，其性能包括反应性能和设备的使用性能。

这两者决定了二氧化氯发生器技术水平是否优良，是否具有实用价值的问题。

目前国内采用的氯酸钠———盐酸工艺的化学法二氧化氯发生器能满足用户基本要求，并且是一个具有很好使用推广前途的装置。

但是，由于二氧化氯发生器的性能受到反应物的浓度、反应压力、反应器结构等因素的影响，降低了转化率和得率。

文中结合工作实际，对影响二氧化氯发生器的因素进行了分析讨论。

反应的NaClO3转化率及ClO2得率的主要因素是反应物浓度及比例（酸当量浓度，NaClO3溶液浓度），以及反应压力、反应器结构等。

参考文献
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象、原因以及排除措施如表4所示。

表4 液压油缸常见故障
4.2 第二种
4.2.1 压力异常
盾构机推进系统在进行液压管路设计的时候预留了许多压力测量点，使用这些压力测量表或者压力传感器就可以测出这些关键测量点的压力值，当推进系统发生故障时这些压力值会有偏差。

4.2.2 速度异常
盾构机在运行过程中各种执行元件的速度都会有一个额定值，比如推进速度、刀盘转速等，而这些速度值都会通过对应的传感器进行数据采集，当某一执行元件的速度值与额定值有所偏差或抖动时，那么此时推进系统可能发生了故障。

4.2.3 电流异常
盾构机在稳定运行时会有一定的电流值，具有规律性的变化，但当电流值发生剧烈变化时推进系统肯定是出现了某种故障。

4.2.4 流量异常
盾构机推进系统的液压子系统主要是依靠液压油的流
动来驱动执行机构的运行，而流速可以通过流量来表示，所以当推进系统发生故障时其流量必定会有所改变。

4.2.5 温度异常
温度变化主要集中体现在变量泵的泵体上或者液压油
缸的缸体上，温度过热会严重影响推进系统的运行状态，并且损坏某些重要的元器件，盾构机上的温度传感器可以为我们提供所需的数据。

对盾构机推进系统故障预测的研究是一项非常复杂的
工作，不仅是由其本身系统的复杂性决定的，而且整个故障预测系统软件从开发设计到实际应用也是一个不小的挑战，本文只是对整个系统的研究方法做了介绍，同时对于软件的设计也处于实验阶段，各种不足和问题需要进一步的研究和完善。

参考文献
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