關于土壓平衡盾構機機電安全保護應用策略分析

李文帥

摘 ?要：土壓平衡盾構機集液壓、機械、電氣、輔助系統為一體，具有系統龐大、技術難度大、復雜程度高、作業時間長的特點。文章結合土壓平衡盾構機的工程應用情況以及機電安全保護目的，簡要闡述了關于土壓平衡盾構機的機電安全保護應用策略。

關鍵詞：土壓平衡盾構機;機電安全;電氣

前言

土壓平衡盾構機是土木工程建設隧道掘進工藝操作中的常用設備，主要是利用安裝于盾構機最前端全斷面切削刀盤的持續旋轉，切削正面土體并經刀盤開口入刀盤后土倉。同時利用配置的泡沫+膨潤土系統改良土倉內土體，在獲得流動性膏狀土體的同時，平衡土倉內壓力、開挖面土壓力。由于土壓平衡盾構機特殊的運行環境，在其運作過程中極易出現機電安全問題。因此，對其機電安全保護的應用策略進行適當分析非常必要。

1 關于土壓平衡盾構機的工程應用情況及機電安全保護目的

某城市軌道交通8號線盾構區間起止里程ZFK1+658.523～ZDFK2+896.254，短鏈9.652m，長1102.212m，共759環。盾構區間所在地區為濱海灘地區，后進行人工填海造地，填筑料為黏土、碎石塊、砂礫、局部含垃圾，基底巖石主要成分為花崗巖。

土壓平衡盾構機是由幾十個子系統獨立連接而成（如圖1所示）。將機械傳動、鋼結構、運輸、程序控制、潤滑、電氣、通風、冷卻、監控測量等模塊進行了有機集成，任意一模塊出現故障均會威脅土壓平衡盾構機作業正常情況。而機電模塊是涉及計算機控制、供配電系統、可編程控制的模塊，其運行正常與否關乎土壓平衡盾構機電氣、程序控制、監控測量等多個模塊的運行質量。為了保證土壓平衡盾構機順利投入使用，就需要利用機電安全保護措施，落實操作與保養并舉、檢測與維修結合、預先防控為主的方針，降低故障發生頻率，延長土壓平衡盾構機運行年限。

2.關于土壓平衡盾構機的機電安全保護應用策略

2.1機電安全保護設計

為了保障土壓平衡盾構機在運行階段無機電風險，機電設備安全規定對土壓平衡盾構機抵抗機電風險的能力提出了嚴格的要求。在土壓平衡盾構機機電安全保護設計時，設計人員應綜合考慮靜電聚集、開關控制、電力能源、調節裝置等諸多因素，從電能開關、調節裝置、控制裝置入手，進行專業設計。比如，土壓平衡盾構機供電系統可以劃分為高壓供電系統、低壓供電系統兩種類別，基于土壓平衡盾構機電力資源使用量大、電力資源供應時間長的特點，可以選擇10kV高壓供電系統，確保電力資源供應過程安全。若選擇低壓配電系統，則可以選擇多線保護接零的方式，防控狹窄、潮濕盾構作業環境中漏電現象的出現。并設置漏電保護裝置，在盾構機電網漏電超過設定數值時進行盾構機電系統電路、信號發出線路的自動切斷。在這個基礎上，針對土壓平衡盾構機開關箱、配電系統末端，選擇防濺型漏電斷路器（如圖2），設定額定漏電電流在30.0mA以內，額定漏電時間在0.1s以內[1]。同時在總配電箱內，進行剩余電流互感器、總漏電保護器的設置，一般剩余電流互感器額定剩余電流可以設定兩個檔次，分別為30.0mA～100.0mA、100.0mA～300.0mA;而總漏電保護器設定的額定漏電動作電流應超過總漏電電流的兩倍（配電系統、用電設備），以便對土壓平衡盾構機運作現場形成分段二級漏電保護。

考慮到土壓平衡盾構機運作環境具有濕度大的特點，在防控土壓平衡盾構機漏電風險的基礎上，還需要進行接地保護或者保護接零。比如，在盾構機側接地，經對地電壓金屬件將電氣系統故障風險與大地緊密聯系，控制故障件意外帶電體對地電壓在安全范疇內。再如，于土壓平衡盾構機電力變壓器低壓側中心點進行直接節點，防控系統電位波動導致的故障接地風險。在這個基礎上，于操作室、高壓土倉、推進油缸遠程操作箱等位置設置防誤啟動裝置、緊急開關等裝置，規避過載、漏電等風險因素對盾構機機電安全的影響。

2.2機電安全保護管理

監測與故障診斷是土壓平衡盾構機機電安全保護管理的重要模塊。為了精準判定異常情況發生時間段，或者預先估測出現風險較大的故障，維保人員應借助流量、電流、扭矩、噪音、壓力、溫度、振動等輔助監測設備，對土壓平衡盾構機進行持續監測。根據出現的問題制定恰當的應對措施。為了保證監測作業高效率開展，維保人員也可以結合實際情況對受控盾構機各模塊進行分級監控。一般可以將關鍵設備劃定為A級，比如，電氣系統、主驅動系統等;將重要設備劃分為B級，比如，吊機系統、通風系統等;將一般設備劃分為C級，比如，其他設備等。

以A級電氣系統為例，維保人員可以綜合選擇電壓監測、電流監測、溫度測試技術，進行監測。針對土壓平衡盾構機推進階段出現的驟停以及顯示省配電裝置異常情況，可以由操作人員首先對線路技能型盤查，判定線路各接頭位置是否出現故障。在確定線路各接頭位置無故障后，對各模塊進行排查，尋找導致相關故障的根源因子[2]。比如，因電纜屏蔽層不完整導致的通信電纜故障（通信電纜與強電電纜交錯），直接影響信號傳輸。基于此，可以利用盾構機線路連接保護手段，將熔斷器連入設備內，形成短路保護體系，保證熔體額定功率在1.5倍的絕緣帶線長期縫合標準載流量以下。

除持續監測與故障診斷、處理外，維保人員還需要保證每天4h以上的機電保養時間。即將全部電機、配電柜內外雜物清除，手動潤滑待潤滑部件，緊固機械與電氣連接部位，及時修補電氣液壓元件受水泥漿液、泡沫腐蝕的部位等。

總結

綜上所述，作為一個大型的系統，機電系統在土壓平衡盾構機使用過程中發揮著至關重要的功效。為了保證土壓平衡盾構機的機電安全，技術人員應從土壓平衡盾構機的機電安全保護設計入手，嚴格根據機電設備安全規定，選擇絕緣性能佳、耐磨損的材料。并恰當調整機電接線方案，促使機電設備具有一定的抵抗風險的能力。同時維保人員應加強設備管理，定期組織巡察，以便及時發現盾構機機電風險、及時處理。

參考文獻

[1] 張通國.盾構機在孤石基巖地層中的掘進風險及針對性設計選型[J].廣東公路交通，2021（02）：56-59.

[2] 周斌.架橋機等起重機及地鐵隧道盾構機的安全使用與管理措施[J].中國設備工程，2021（06）：70-71.