关于土压平衡盾构机机电安全保护应用策略分析

李文帅

摘  要：土压平衡盾构机集液压、机械、电气、辅助系统为一体，具有系统庞大、技术难度大、复杂程度高、作业时间长的特点。文章结合土压平衡盾构机的工程应用情况以及机电安全保护目的，简要阐述了关于土压平衡盾构机的机电安全保护应用策略。

关键词：土压平衡盾构机;机电安全;电气

前言

土压平衡盾构机是土木工程建设隧道掘进工艺操作中的常用设备，主要是利用安装于盾构机最前端全断面切削刀盘的持续旋转，切削正面土体并经刀盘开口入刀盘后土仓。同时利用配置的泡沫+膨润土系统改良土仓内土体，在获得流动性膏状土体的同时，平衡土仓内压力、开挖面土压力。由于土压平衡盾构机特殊的运行环境，在其运作过程中极易出现机电安全问题。因此，对其机电安全保护的应用策略进行适当分析非常必要。

1 关于土压平衡盾构机的工程应用情况及机电安全保护目的

某城市轨道交通8号线盾构区间起止里程ZFK1+658.523～ZDFK2+896.254，短链9.652m，长1102.212m，共759环。盾构区间所在地区为滨海滩地区，后进行人工填海造地，填筑料为黏土、碎石块、砂砾、局部含垃圾，基底岩石主要成分为花岗岩。

土压平衡盾构机是由几十个子系统独立连接而成（如图1所示）。将机械传动、钢结构、运输、程序控制、润滑、电气、通风、冷却、监控测量等模块进行了有机集成，任意一模块出现故障均会威胁土压平衡盾构机作业正常情况。而机电模块是涉及计算机控制、供配电系统、可编程控制的模块，其运行正常与否关乎土压平衡盾构机电气、程序控制、监控测量等多个模块的运行质量。为了保证土压平衡盾构机顺利投入使用，就需要利用机电安全保护措施，落实操作与保养并举、检测与维修结合、预先防控为主的方针，降低故障发生频率，延长土压平衡盾构机运行年限。

2.关于土压平衡盾构机的机电安全保护应用策略

2.1机电安全保护设计

为了保障土压平衡盾构机在运行阶段无机电风险，机电设备安全规定对土压平衡盾构机抵抗机电风险的能力提出了严格的要求。在土压平衡盾构机机电安全保护设计时，设计人员应综合考虑静电聚集、开关控制、电力能源、调节装置等诸多因素，从电能开关、调节装置、控制装置入手，进行专业设计。比如，土压平衡盾构机供电系统可以划分为高压供电系统、低压供电系统两种类别，基于土压平衡盾构机电力资源使用量大、电力资源供应时间长的特点，可以选择10kV高压供电系统，确保电力资源供应过程安全。若选择低压配电系统，则可以选择多线保护接零的方式，防控狭窄、潮湿盾构作业环境中漏电现象的出现。并设置漏电保护装置，在盾构机电网漏电超过设定数值时进行盾构机电系统电路、信号发出线路的自动切断。在这个基础上，针对土压平衡盾构机开关箱、配电系统末端，选择防溅型漏电断路器（如图2），设定额定漏电电流在30.0mA以内，额定漏电时间在0.1s以内[1]。同时在总配电箱内，进行剩余电流互感器、总漏电保护器的设置，一般剩余电流互感器额定剩余电流可以设定两个档次，分别为30.0mA～100.0mA、100.0mA～300.0mA;而总漏电保护器设定的额定漏电动作电流应超过总漏电电流的两倍（配电系统、用电设备），以便对土压平衡盾构机运作现场形成分段二级漏电保护。

考虑到土压平衡盾构机运作环境具有湿度大的特点，在防控土压平衡盾构机漏电风险的基础上，还需要进行接地保护或者保护接零。比如，在盾构机侧接地，经对地电压金属件将电气系统故障风险与大地紧密联系，控制故障件意外带电体对地电压在安全范畴内。再如，于土压平衡盾构机电力变压器低压侧中心点进行直接节点，防控系统电位波动导致的故障接地风险。在这个基础上，于操作室、高压土仓、推进油缸远程操作箱等位置设置防误启动装置、紧急开关等装置，规避过载、漏电等风险因素对盾构机机电安全的影响。

2.2机电安全保护管理

监测与故障诊断是土压平衡盾构机机电安全保护管理的重要模块。为了精准判定异常情况发生时间段，或者预先估测出现风险较大的故障，维保人员应借助流量、电流、扭矩、噪音、压力、温度、振动等辅助监测设备，对土压平衡盾构机进行持续监测。根据出现的问题制定恰当的应对措施。为了保证监测作业高效率开展，维保人员也可以结合实际情况对受控盾构机各模块进行分级监控。一般可以将关键设备划定为A级，比如，电气系统、主驱动系统等;将重要设备划分为B级，比如，吊机系统、通风系统等;将一般设备划分为C级，比如，其他设备等。

以A级电气系统为例，维保人员可以综合选择电压监测、电流监测、温度测试技术，进行监测。针对土压平衡盾构机推进阶段出现的骤停以及显示省配电装置异常情况，可以由操作人员首先对线路技能型盘查，判定线路各接头位置是否出现故障。在确定线路各接头位置无故障后，对各模块进行排查，寻找导致相关故障的根源因子[2]。比如，因电缆屏蔽层不完整导致的通信电缆故障（通信电缆与强电电缆交错），直接影响信号传输。基于此，可以利用盾构机线路连接保护手段，将熔断器连入设备内，形成短路保护体系，保证熔体额定功率在1.5倍的绝缘带线长期缝合标准载流量以下。

除持续监测与故障诊断、处理外，维保人员还需要保证每天4h以上的机电保养时间。即将全部电机、配电柜内外杂物清除，手动润滑待润滑部件，紧固机械与电气连接部位，及时修补电气液压元件受水泥浆液、泡沫腐蚀的部位等。

总结

综上所述，作为一个大型的系统，机电系统在土压平衡盾构机使用过程中发挥着至关重要的功效。为了保证土压平衡盾构机的机电安全，技术人员应从土压平衡盾构机的机电安全保护设计入手，严格根据机电设备安全规定，选择绝缘性能佳、耐磨损的材料。并恰当调整机电接线方案，促使机电设备具有一定的抵抗风险的能力。同时维保人员应加强设备管理，定期组织巡察，以便及时发现盾构机机电风险、及时处理。

参考文献

[1] 张通国.盾构机在孤石基岩地层中的掘进风险及针对性设计选型[J].广东公路交通，2021（02）：56-59.

[2] 周斌.架桥机等起重机及地鐵隧道盾构机的安全使用与管理措施[J].中国设备工程，2021（06）：70-71.