关键词：
隧道工程；盾构设备；故障；检测；处理
引言
随着我国城市化进程的发展，各大、中型城市正快速开发地铁隧道项目。盾构机这种先进的挖掘设备应运而生，盾构机发挥它的自动化功能在隧道施工时不仅公害少、施工速度快，而且一次成洞。为了保障盾构机在隧道工程中应用能力不断提高，应当把维护与保养盾构机当作主要工作内容。才能降低盾构机故障发生率，保证盾构机正常平稳运行。因此探讨隧道盾构设备状态故障检测及处理意义重大。
1 检测设备故障，良好使用的重要性
随着我国隧道行业的兴旺发展，与隧道建设相关的盾构掘进机越来越受到国内盾构专家学者的关注。同时，也取得了一些研究成果，它类似于隧道施工中盾构设备故障诊断专家系统，特别是基于信息技术的施工过程设计。这将大大提高隧道建设的信息化水平。由于盾构机是一种大型设备集机、电、液为一体相对较复杂的结构，而且受隧道施工现场的环境状况影响,设备故障发生率时有增高，不仅增加了建设成本，对施工效率产生负面影响。因此，对盾构机在运行过程中的状态和故障进行检测是非常重要的。盾构机的故障检测前提条件是保证对盾构机实行实时监测，结合技术人员的多年工作经验和先进的人工智能技术，随时监测设备的运行状况，准确地判断设备故障和劣化趋势，而且要做到事前预警和事故后的准确研判。
2 检测设备故障技术
盾构设备状态故障检测是一项非常复杂的系统工程，鉴于此，对故障检测系统提出了较为严格的要求。为了有效地检测盾构设备的状态故障，设备检验员在检测盾构设备状态故障时，应该对相应的检测技术有清晰的认识。只有这样，才能快速有效地检测盾构设备的状态故障。
2.1 建立知识库
隧道盾构设备故障检测系统是知识获取和应用推理的一个步骤。因此，知识库的建立在盾构设备故障检测过程中起着非常重要的作用。建立设备故障诊断系统知识库是必要的，在设备故障检测过程中，应具有丰富的知识库。明确了哪种方法适合于实现故障设备的某种有效检测。为了进行知识获取和知识基础的工作浓缩，设备检查人员应该认识到，设备检查的效率大大地影响知识获取的数量，对于一些相对复杂和多样化的知识，检查人员应根据实际情况理解权衡；在设备检测过程中，需要选择最合适的隧道盾构检测方法和处理方式，从而达到有效检测的目的。
2.2 设计推理机
推理机是隧道盾构设备故障检测系统的重要组成部分。其主要功能是协调整个系统的控制。结合实际表现引起的故障保护设备和用户输入的数据，进一步明确了应该在知识库中选择适合的知识，然后根据实际情况进行初步分析和评价，最后进一步推理判断，直到获得设备故障的真实原因，实现故障检测的目的。为了快速有效地查明设备故障的原因，应尽可能制定匹配的冲突解决对策，明确各规则的相互产生。匹配优先级保证了隧道盾构设备故障检测结果的针对性。
2.3 基于实时参数
基于实时参数，利用不同的传感器进行状态监测，实现隧道盾构设备状态故障检测。传感器集成与融合在当今区域意识的发展中发挥着极其重要的作用。在线检测系统就会在检测过程中出现异常信号。在测试人员面前，测试人员可以检测到这部分异常信号，并将其传输到推理机进行推理。如果最终得到故障原因，则通过接口返回给检验员，并提供相应的解决方案，根据推理路径进行适当的推理分析。如果异常信号不是最终失效的原因，则可以将系统转移到基于综合隶属度的模糊推理系统中进行推理检测。两者的合作可以促进最终故障源的获取，有效促进隧道盾构设备的安全有序运行。
3 液压系统故障与检测案例
在盾构设备的结构中，大多采用液压驱动。换句话说，液压系统是盾构设备的一个极其重要的组成部分。就一个完整的液压系统而言，它的组成部分包括液压泵、控制元件、动力元件和执行元件。液压系统的结构比较复杂，它可以看作是盾构系统的核心。因此，如果液压系统出现异常，将对盾构设备的运行产生负面影响，因此对盾构设备液压系统进行状态故障检测具有重要意义。
3.1 液压泵故障机理
液压系统通过液压泵获得动力。本文对日系盾构采用的斜盘式轴向柱塞泵进行了实例分析。此类液压泵设计制作工艺高，结构繁复，在工作中会产生各种态势的激振力，从而产生振动。这些振动源有:轴承运动冲击；缸体与配油盘摩擦；活塞往复运动引起的流体对配油盘的冲击；活塞、滑靴对回转盘的冲击；滑靴与斜板之间的摩擦。
这种振动所包含的信息会通过柱塞泵的介质向外传递，柱塞泵的介质主要有三种传递方式：以金属元素为介质，产生阀座和壳体的异常振动；以流体为介质，将压力传递到压力油回路，产生油系统的压力振荡和冲击；以气体为介质，将冲击波传播到空气中。移动并制造噪音。
3.2 液压系统的状态检测与故障诊断
盾构机液压系统比较大，控制着大量的油路。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，应采用不同的检测方法：液压泵的振动检测，液压泵作为液压系统的核心部件。在实际应用过程中，液压系统的故障概率较高。因此，液压泵的工作状态对液压系统的工作水平影响很大。液压泵通过压力检测、振动检测、油液检测和噪声检测进行试验。通常，常规轴向柱塞泵的能量主要集中在基频和倍频位置，两者相差不大。一旦轴向柱塞泵发生故障，能量相对集中。在时域统计表中，可以检测各个时域指标，观察其是否保持正常水平。若各时域指标处于正常水平，且频谱无异常，则说明液压泵状态良好；液压系统的油检测包括谱检测、铁谱检测和理化性能指标检测。其中，用光谱法检测油中铜、铁、锌的含量，可分为分析铁谱法和直读铁谱法，用理化性能指标检测水和移动粘度计的污染。各项指标的常规指标为：湿度小于0.1%；运动粘度45.4cSt/40，污染程度符合ISO440618/15标准。与三油液压系统可以选择检测方法来检测,也就是说，基于警戒线水平，报警线和正常油，相应的石油探测拟合线可以通过计算机分析，可以深入掌握盾构机的工作态势。
4 处理盾构刀盘及主驱系统故障案例
若要启动刀盘，必须保证所有的启动条件都已经满足。在相关的启动条件满足后，上位机相应显示项会变绿。如启动条件中有一项不变绿，就说明该项没有启动或启动功能出现故障，应立即对其进行检查，排除故障后启动。
4.1内循环水低液位报警
如果内循环水液位低于设定值，冷却泵会停止工作，引起空压机、驱动马达等冷却系统故障，最终停机。
处理措施：在水位低于设定报警值前及时加注蒸馏水直至报警取消。
4.2 HBW脉冲计数低于最低值
如果HBW泵工作时脉冲计数低于最低设定值，在刀盘运行时间超过设定的保护值时，刀盘会自动停止转动。
HBW油脂系统说明：
TC1 HBW气动泵启动条件：HBW维修开关正常，油脂桶不空，调试模式或盾体、（螺机）阀至少有其一打开；
内、外（螺机）HBW密封控制模式：一分钟为一个控制周期，满足注脂启动条件情况下。前30秒打开外密封注入气动阀，当检测此路注入达到3个脉冲或者30秒时间到时关闭此路气动阀，随之打开内密封注脂气动阀，此路注脂脉冲达到2次或者20秒时间到时关闭此路气动阀（随之打开螺机注脂气动阀，此路注脂脉冲达到1次或者10秒时间到时关闭此路气动阀）；TC1 HBW油脂泵在启动后，内、外密封（螺机密封）气动阀任何一路打开的情况下，TC1 HBW油脂泵即启动；计数监视：内、外密封小于1次/min时即报警；内或者外密封持续两分钟检测脉冲都小于1次/min时即报警且停止刀盘；
处理措施：
①观察HBW泵是否工作正常，是否有严重漏气等现象
②观察进气压力是否过低而导致泵动作缓慢
③观察泵出口压力是否过大，管路已堵塞
④检查中盾部位HBW分配马达是否正常工作
⑤检查有分配马达或者管路有没有堵塞和内部磨损的现象。
4.3主驱动内、外密封EP2压力低报警停机
多点泵持续启动1分钟后内/外EP2油脂密封压力没有达到0.4Bar时报警,延时一分钟后叫停刀盘。
多点泵启动1分钟后，当内/外密封压力小于0.4Bar报警，报警持续10分钟，报警叫停刀盘；
内/外密封压力大于6Bar报警；检查方法与HBW类似。
4.4主驱动泵软启动器跳闸
主要表现为在正常掘进过程中，软启动1/2开关突然出现故障跳闸并引起刀盘停止转动。
处理措施：首先要确定是不是由于温度过高，风扇没有及时开启降温引起跳闸。一般情况下在温度达到45度后风扇会自动开启降温，但是在一些恶劣环境下可能风扇开启后降温效果不是很好，温度会继续上升引起跳闸。如果是风扇不能及时降温的问题可以更改风扇的运行模式（由温度控制更改为运行控制），也就是说只要软启动开关一启，风扇就自动运行，降温效果显著提高，但是风扇的轴承寿命会大大简短。所以在没有必要的情况下不要更改运行模式。其次，也有可能是因为空气开关电流整定未调整好，这时候就得联系设计方取得参数资料并进行相应调整。
4.5主驱动变频柜进线铜排烧坏
在盾构机掘进过程中，主驱动泵突然跳闸，检查时发现是由于主驱动变频柜的一侧进线铜排烧坏引起。
分析原因：经现场检查，原因确定为铜排顶紧螺栓松懈，掘进时通过大电流引发起弧发热，致使铜排外面绝缘胶皮和壳体烧坏。
建议：为保证设备正常运转，必须定期对盾构关键电气元件接线端子（软启动器、变频器、高压相变、高压隔离开关、主断路器、无功补偿系统、主接触器等）的螺栓紧固力进行检查，达到要求的扭矩。特别是对于一些硬岩地层中掘进的盾构，本身震动较大，螺栓在长期震动过程中容易松懈，所以要定期进行复紧。
4.6刀盘扭矩增大、总推力上升、速度下降
软土地层：在盾构掘进过程中，如突然出现刀盘扭矩增大、总推力上升等现象，首先检查渣土改良系统。一般都是由于泡沫注入不顺畅，造成渣土改良不善引起，检查管路是否堵塞，如堵塞尽快查明原因并解决。
5 结语
综上所述，在隧道和地铁工程的施工中，盾构机作为关键设备，设备的故障检测及处理系统是否完善，直接关系到隧道的施工安全及效率。针对这一点,相关人员必须清楚地理解隧道盾构设备的故障检测及处理的重要意义,综合分析其中的关键环节，应制定合理的设备管理计划，促进工艺的优化和改进，促进其安全稳定运行。
参考文献:
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[3]马伟东.浅谈隧道隧道盾构机常见故障及处理方法 [J].科技创新与应用，2015，（16）
论文作者:,,张 誉
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：盾构论文; 故障论文; 设备论文; 隧道论文; 液压泵论文; 状态论文; 液压系统论文; 《工程管理前沿》2020年第4期论文;