地鐵盾構SAMSON保壓系統離線檢測的應用

趙軍軍

（中鐵一局城軌公司掘進設備技術中心，江蘇無錫 214104）

1 SAMSON保壓系統概述

地鐵盾構設備SAMSON（薩姆森）保壓系統的作用是提供穩定開挖倉的壓力（泥水盾構同理，用于穩定氣墊倉壓力，間接控制泥水開挖倉壓力），而開挖倉壓力則直接關系到掌子面的穩定，是地鐵盾構安全施工的重要因素，因此SAMSON保壓系統性能的好壞就顯得尤為重要。

SAMSON保壓系統主要由3421型氣動控制器、3814型氣動變送器、調節閥3241及3999-0090空氣單元構成，地鐵盾構施工時由掌子面、開挖倉及SAMSON保壓系統形成密封循環回路，可直觀檢測其性能狀態，而施工結束后因開挖倉敞開無法形成密封腔室，SAMSON系統在盾構設備上無法啟動工作，導致其性能好壞無法檢測，因此如何實現離線狀態下SAMSON系統檢測為本論文的研究方向。

2 SAMSON保壓系統離線檢測研究

要實現SAMSON系統檢測，在原盾構設備實現技術難度低，但實施難度大——實現常規盾構6.25 m直徑圓柱面封堵，且當前盾構市場直徑多樣，局限性太大，明顯此法不可取；通過分析其工作原理，研究設計離線檢測臺模擬其工況，實現其性能動作測試。

設計儲氣罐模擬開挖倉；設計氣動變送器安裝接口，提供氣壓采集通道；設計氣動調節器安裝法蘭，用于調節器安裝及工業空氣通斷控制；設計氣動控制器平臺，用于固定控制器。空氣壓縮機、氣動控制器1和用于模擬盾構開挖倉的儲氣罐，儲氣罐通過氣路1與氣動控制器1相連接，氣路1上靠近儲氣罐的位置設置有氣壓調節器1，氣路1上且位于氣壓調節器1與儲氣罐之間設置有氣壓變送器1，氣路1上沿氣壓調節器1朝向氣動控制器1的方向依次設置有截斷閥1、截斷閥2、調壓閥1和調壓閥2，空氣壓縮機通過氣路2與氣路1相連接且氣路2與氣路1的連接點位于截斷閥1和截斷閥2之間，氣路1上連接有氣路3，氣路3的一端與氣路1的連接點位于調壓閥1和調壓閥2之間，氣路3的另一端與氣壓調節器1相連接，氣動控制器1與氣壓變送器1之間設置有氣路4和用于將儲氣罐內部氣壓信號反饋給氣動控制器1的反饋管路1，氣路4的一端與氣路1相連接且氣路4與氣路1的連接點位于調壓閥2與氣動控制器1之間，氣路4的另一端與氣壓變送器1相連接，反饋管路1的一端與氣壓變送器1相連接，反饋管路1的另一端與氣動控制器1相連接，氣壓調節器1與氣動控制器1之間設置有用于向氣壓調節器1傳輸控制信號的控制管路1，控制管路1的一端與氣動控制器1連接，控制管路1的另一端與氣壓調節器1相連接。

氣動控制器2、儲氣罐與氣動控制器2之間設置有氣路5，氣路5上靠近儲氣罐的位置設置有氣壓調節器2，氣路5上且位于氣壓調節器2與儲氣罐之間設置有氣壓變送器2，氣路5上沿氣壓調節器2朝向氣動控制器2的方向依次設置有截斷閥4、截斷閥5、調壓閥3和調壓閥4，氣路5通過氣路6與氣路2相連接且氣路6與氣路5的連接點位于截斷閥4和截斷閥5之間，氣路5上連接有氣路7，氣路7的一端與氣路5的連接點位于調壓閥3和調壓閥4之間，氣路7的另一端與氣壓調節器2相連接，氣動控制器2與氣壓變送器2之間設置有氣路8和用于將儲氣罐內部氣壓信號反饋給氣動控制器2的反饋管路2，氣路8的一端與氣路5相連接且氣路5與氣路8的連接點位于調壓閥4與氣動控制器2之間，氣路8的另一端與氣壓變送器2相連接，反饋管路2的一端與氣壓變送器2相連接，反饋管路2的另一端與氣動控制器2相連接，氣壓調節器2與氣動控制器2之間設置有用于向氣壓調節器2傳輸控制信號的控制管路2，控制管路2的一端與氣動控制器2相連接，控制管路2的另一端與氣壓調節器2相連接。

氣路1上且位于截斷閥2與調壓閥1之間設置有空氣過濾器1，氣路1上且位于調壓閥1和調壓閥2之間設置有空氣過濾器2；氣路5上且位于截斷閥5與調壓閥3之間設置有空氣過濾器3，氣路5上且位于調壓閥3和調壓閥4之間設置有空氣過濾器4。儲氣罐上設置有用于觀測儲氣罐內部氣壓的壓力表1，氣路1上設置有壓力表2和壓力表3，壓力表2位于空氣過濾器1與調壓閥1之間，壓力表3位于氣路4和氣路1的連接點與調壓閥2之間；氣路5上設置有壓力表4和壓力表5，壓力表4位于空氣過濾器3與調壓閥3之間，壓力表4位于氣路8和氣路5的連接點與調壓閥4之間。儲氣罐的一端設置有排氣閥，儲氣罐的另一端設置有用于模擬盾構開挖倉玻璃艙門的玻璃試件。儲氣罐上設置有用于將儲氣罐內的水排出的排水閥。截斷閥1、截斷閥2、截斷閥4和截斷閥5均為球閥。SAMSON系統離線檢測臺原理見圖1。

3 SAMSON保壓系統離線檢測應用

檢測時，打開截斷閥1、截斷閥2和截斷閥3，高壓空氣從空氣壓縮機內并經氣路2進入氣路1，此時，高壓空氣分作2路，一路高壓空氣向左并通過截斷閥1，但氣壓調節器1為常閉型氣壓調節器，于是流向截斷閥1的高壓空氣被阻擋；另一路高壓空氣經調壓閥1后，將高壓空氣的壓力調節至0.4 MPa（4 bar），此時，該壓力為0.4 MPa的空氣又分成兩路，其中一路壓力為0.4 MPa的空氣經氣路3進入氣壓調節器1，另一路壓力為0.4 MPa的空氣經調壓閥2將高壓空氣的壓力調節至0.14 MPa（1.4 bar）后又分成兩路，其中一路壓力為0.14 MPa的空氣直接進入氣動控制器1內，另一路壓力為0.14 MPa的空氣經氣路4進入氣壓變送器1，氣壓變送器1將采集到的儲氣罐內部壓力與0.14 MPa氣動壓力轉變成一個標準信號并通過反饋管路1，反饋到氣動控制器1，氣動控制器1通過分析運算后與設定值比較，從而通過控制管路1給氣壓調節器1輸出一個控制信號，進而控制氣壓調節器1的開合，此時，高壓空氣從空氣壓縮機經氣路2、截斷閥1、氣壓調節器1和氣壓變送器1進入儲氣罐內，當儲氣罐壓力＜設定值時，氣壓調節器1在控制信號的作用下打開給儲氣罐充氣，當儲氣罐壓力=設定值時，氣壓調節器1自動關閉，維持一個動態平衡，最終保證儲氣罐壓力在設定值范圍內微小波動。儲氣罐壓力大小可通過排氣閥手動控制，模仿開挖倉泄漏，借助該模擬系統模擬盾構開挖倉保壓系統，可以對保壓系統進行檢測及調試。

通過設置氣動控制器2、氣壓變送器2和氣壓調節器2、氣路5、氣路6、氣路7、反饋管路2和控制管路2，同上理可實現檢測及調試，為模擬保壓系統提供了一種補充，也是提高了一種備份方案。

4 總結與效果檢查

通過設置儲氣罐、氣壓調節器1、氣壓變送器1、氣動控制器1、氣路1～4、反饋管路1和控制管路1，從而對盾構開挖倉的保壓系統進行模擬，對開挖倉、開挖倉氣體損失、氣壓變送器比例變送，控件合理安裝及管路連接，進行提前檢測、故障判斷和調試，徹底解決了工地應急采購成本高，貨期長（7～8周）影響施工進度的難題，其使用方便，使用效果好。

5 結語

本檢測臺結構簡單，設計新穎合理，工作可靠性高，使用壽命長，能夠對開挖倉、開挖倉氣體損失、氣壓變送器比例變送、控件合理安裝及管路連接，進行提前檢測、故障判斷和調試，且其使用方便、節約了成本，便于推廣使用。