盾构推进系统启动条件分析

李朗焕

中铁五局集团电务城通工程有限责任公司湖南长沙410205

摘要：推进系统是盾构机的核心液压系统之一，负责提供盾构机向前推进的动力。盾构机操作手需要从最基础的电气层面及液压层面了解推进系统的控制、动作原理。通过对其电路的分析，了解推进系统的控制原理；通过对其液压的分析，了解推进系统的动作原理。文章通过电气与液压的结合，对推进系统的启动条件进行简单分析。

关键词：推进系统；启动条件；电气；液压

1总述

在一般盾构机中，推进系统由16对，共32根推进油缸构成。每2根推进油缸共用相同的进出油口，在油缸的末端由一个撑靴固定住两根油缸的活塞杆，保证油缸的同步动作。为了达到盾构机的转弯目的，将推进油缸分为上下左右四个分组，每组推进油缸的推力可以单独调节。推进系统在实际应用过程中，分为推进模式下的推进油缸伸出及拼装模式下的推进油缸伸缩。

推进模式主要应用于盾构的正常掘进，推进油缸伸出，推进油缸的撑靴顶在管片上，管片由于土体作用不会有大的移动位移，推进油缸在管片提供的反作用力下将盾构机向前移动。当推进油缸伸出量满足管片拼装要求时，盾构操作手切换至拼装模式，推进油缸可以在遥控器的作用下进行伸缩，以配合管片的拼装。

推进油缸的行程有2100mm左右，针对于1500mm宽的管片，推进油缸伸出行程到达1800mm左右时，满足管片拼装要求；针对于1200mm宽的管片，推进油缸的伸出行程到达1500mm左右时，满足管片拼装要求。推进油缸行程比管片宽度一般长300mm，其原因在于管片为了满足自稳性的要求，最后一块管片需要从推进方向的前方沿轴向向后插入，推进油缸需要预留这个余量，保证最后一块管片K块的放置。

推进油缸的最大总推力一般达到4000T，在正常推进过程中，其推进力一般也在1000T以上，这么大的推进力作用在管片上，加上其他的外力，容易导致管片的碎裂。在管片拼装过程中，管片还没拼装成环，管片没有自稳性，除了螺栓的固定之外，还需要推进油缸提供推力进行辅助固定，推进油缸提供的推力不能太大，否则容易会使单块的管片破裂，故在操作室的参数设置中，可以设置拼装模式顶推速度，降低推进油缸的推力，保证推力既能辅助固定管片，又不会对管片造成损坏。

2推进模式启动条件

2.1拼装模式关闭

推进油缸的拼装模式与推进模式不能共存，这个涉及到了推进液压系统的压力阀及流速阀。在推进模式过程中，推进油缸的推力及速度可以通过控制面板上的压力控制旋钮及速度控制旋钮控制液压系统的溢流阀及调速阀，保证推进油缸的推力与速度在操作员的控制之下。在拼装模式中，油缸的速度不需要控制，液压油绕过调速阀，直接以最大的流速控制推进油缸，保证油缸的速度达到最大，提高管片拼装的速度。推进模式中的油缸压力需要分组控制，以达到盾构转弯的目的，其推力也处于较高的水平；拼装模式中，推进油缸没有分组控制的必要，其推力较小，直接在参数设置中设置统一的推进力。

基于两种模式中液压油路走向的不同，液压阀控制功能的不同，其电路控制及走向无法共存。故推进模式启动的前提是拼装模式的关闭，两种模式是互锁对立的关系。

在操作室的操作面板上，有拼装模式启动按钮，推进模式启动按钮，停止按钮。拼装模式启动按钮是负责管片拼装模式的选择，当选择管片拼装模式之后，这个按钮上的LED灯会闪灯，当遥控器加载之后，LED灯会常亮。推进按钮是负责推进模式的选择及推进的启动，当推进模式启动之后，这个按钮上的LED灯会常亮。停止按钮是负责两种模式的停止，当按钮按压之后，两种模式都会停止。停止按钮上的LED灯在其他两种模式任一开启的时候不亮灯，当两种模式都不启用的时候，LED灯常亮。

2.2拼装急停正常

在推进系统的电路走向中有一个急停继电器，急停继电器在电路中的作用是限制推进系统软启动器的启动。当急停继电器起作用的时候，软启动器无法控制推进电机的启动，推进电机停止，推进系统停止。这个急停继电器除了错误的接线方式或者继电器本身故障之外，唯一一个能停止急停继电器的就是遥控器上的急停开关。但是与其他的急停系统不一样的是，这个急停开关的作用方式分为拼装模式及非拼装模式。其他系统的急停开关只要断开，急停继电器必然断开，推进系统的急停开关只有在拼装模式下，才会对急停继电器有作用，在非拼装模式下，急停开关会被短路，导致急停开关断开与否，对推进系统没有一点影响。

在拼装模式，遥控器处于加载状态下，遥控器上的急停开关可以控制整个系统的急停，包括推进系统、拼装系统。当拼装完成，在遥控器上卸载或者直接关闭拼装模式之后，遥控器上的急停开关无法对急停继电器形成任何影响。

2.3辅助急停正常

在盾构机上，常见一个电机通过双联泵带动两个泵头，这样可以减少电机的数量，降低盾构的能耗。当辅助系统与推进系统共用一个电机时，在电路设计中，两个系统的急停继电器都能够控制电机的启停，保证在突发情况下，电机能够及时的关闭，整个系统能够及时的停止运转。

2.4推进电机启动

推进电机带动推进泵的转动，推进泵将转动的机械能转换成推进液压系统中的液压能，是整个系统的动力机构。只有当推进电机转动起来之后，推进系统才有提供推进油缸伸缩的液压能，整个系统才能正常运转。推进电机的启动除了急停继电器会对其造成影响之外，其他诸如铰接行程、设备桥拖拉油缸行程等等都会对推进电机的启动造成影响，这些条件直接影响了电机的启动，也就影响了推进模式及拼装模式下推进系统的启动。

2.5刀盘达到最低转速

刀盘的转动本身与推进系统没有直接关系，但是推进油缸在推进模式下伸出，若刀盘没有转动，刀盘就容易因为推进油缸的顶伸，整个盾体的前移，随着盾体前移而嵌进土体，最终导致刀盘无法转动。所以在工控机的参数设置界面有个刀盘最低转速设置，只有当刀盘达到这个转速之后，推进系统才可以启动。在盾构机开始始发的时候，刀盘并未接触到土体，在参数设置页面中，可以将刀盘最低转速连锁设置成旁通状态，解除刀盘最低转速的连锁条件，保证刀盘在未转动的情况下，推进模式的油缸可以正常伸出，保证盾构始发最开始三环的推进。盾构操作人员可以在保证刀盘不会卡死的情况下，适时的解除刀盘最低转速连锁条件，以应付各种需要推进顶推模式，但是刀盘无法转动的情况。

2.6铰接行程未超限

盾构机上的铰接系统为被动铰接系统。刀盘、前盾、中盾为刚性连接，可以看出一个整体。在推进系统往前顶推的情况下，中盾通过铰接油缸拉着尾盾往前走。推进系统的运行需要考虑到铰接油缸的状态，若铰接行程超限的情况下，强行开启推进系统，容易导致铰接油缸的活塞与缸盖直接接触受力，最终导致铰接油缸的损坏。

在工控机参数设置界面，有铰接油缸最大行程及铰接油缸最小行程，当铰接油缸的行程超出这个限制之后，PLC会发出报警信息，并停止推进系统的运行。铰接油缸的最大行程为150mm，设置的铰接油缸最大停止行程为140mm，当铰接油缸接近这个极限值时，需要通过控制旋钮，将铰接油缸拉回。

2.7设备桥油缸行程未超限

设备桥拖拉油缸负责在盾构掘进的过程中，拉着后配套台车前行。拖拉油缸的前端固定在拼装机的大梁上，后端固定在设备桥的前端。当拼装机随着盾体往前移动时，后配套台车在拖拉油缸的作用下，随着盾体往前移动。推进系统的运行需要考虑到拖拉油缸的状态，当拖拉油缸在外力作用下，达到最大行程时，通过预先安装的接近开关，将拖拉油缸达到最大行程的报警信息反馈到PLC，PLC感应到这个报警信息之后，停止推进系统的运行，防止拖拉油缸的损坏。

2.8盾尾油脂开启

在盾构推进过程中，尾盾通过铰接油缸的拉动，跟着前中盾一起往前移动，在尾盾后部的盾尾刷压着管片往前移动。在移动过程中，需要随时往盾尾刷内部注入盾尾油脂，保证尾刷的性能。

2.9水管卷筒处于正常状态

在推进过程中，整个台车随着盾体往前移，最后一节台车上的水管卷筒随着台车的移动，慢慢放出卷盘上的水管，保证水管不会因为台车的移动而拉断。当水管卷筒上的水管放完，水管卷筒转动一定角度之后，水管卷筒电机会发出报警信息，停止推进系统的运转，停止推进油缸的伸出。

2.10其他条件的满足

上述几点推进系统的连锁条件可以直接通过操作室工控机上的报警信息显示界面查看与操作。在台车后方，风筒、高压电缆、光纤、进出清水管、污水管等无法形成有效的报警信息，需要操作手在每一环盾构掘进之前通过人工进行确认，保证管线的预留量满足推进的要求。

3拼装模式启动条件

拼装模式的启动不需要考虑太多因素，只要推进电机能够启动，推进系统的急停继电器正常，接收器、遥控器正常等条件满足就行。拼装模式与推进模式互锁，推进模式不能处于启动状态。

合理设置参数设置界面中的拼装模式下的推进速度参数。设置值过低，推进油缸没力，管片没有外力压迫，容易在拼装过程中移位；设置值过高，推进油缸推力过大，管片容易破损。一般设置值为35%，并根据实际情况进行适当的改变。

4结语

盾构操作手在日常的盾构操作过程中，需随时关注这些启动限制条件，及时发现问题并解决，防止推进系统的意外停止，防止由于对报警信息的无视，导致更大的故障现象发生。通过对这些启动条件的认知与记忆，加深对推进系统的了解，提高推进系统的故障处理速度。

参考文献：

[1]张凤祥.盾构隧道施工手册[M]．北京：人民交通出版社，2005.

[2]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工程出版社，2004.

[2]姜晨光.地铁工程建造技术[M].北京：化学工业出版社，2010.

作者简介：

李朗焕（1985-），男，湖南长沙人，供职于中铁五局集团城通工程有限责任公司，研究方向：盾构施工。