地铁盾构设备状态故障与检测熊亮

地铁盾构设备状态故障与检测熊亮

熊亮

中铁十一局集团城市轨道工程有限公司湖北武汉市430074

摘要：近年来，盾构机在全球范围内修建隧道工程中得到广泛推广，因此关于盾构机的研究越来越得到关注，且以对盾构机关键设备状态监测与故障诊断为主要的研究方向。基于这个现状，本文分析了地铁盾构设备状态故障与检测，首先分析地铁盾构设备状态故障与检测的作用，其次分析了地铁盾构设备状态故障与检测关键技术，最后进行了一定的案例分析，希望实现地铁盾构设备故障的有效检测。

关键词：地铁；盾构；状态故障；检测；措施

1导言

盾构机导向系统属于盾构机核心系统，一旦发生故障将直接导致盾构机无法正常施工，在导向系统失灵的条件下，盾构机极易造成姿态偏差，严重影响盾构掘进施工的安全。因此，在掘进期间从维修保养和操作等方面采取积极有效的措施，可大大减少安全轴断轴故障发生的频率。

2地铁盾构设备状态故障与检测的作用

随着城市化进程的加快，我国地铁事业发展迅猛，地铁盾构挖掘机开始受到学者的关注。盾构机是集机、电、液为一体的大型施工设备，结构较为复杂。此外，地铁施工的现场环境较差，从而增加了地铁盾构设备发生故障的概率，这加大了地铁施工的成本，也降低了地铁施工的效率。对地铁盾构设备的运行状态与故障检测意义重大，它能提升地铁施工的效率，降低成本。其实，对地铁盾构设备状态故障与检测就是在进行地铁盾构设备监测的同时，根据施工人员的经验，并集合人工智能技术判断地铁盾构设备的运行状况，对地铁盾构设备故障进行预测并及时解决。

3地铁盾构设备状态故障与检测的意义

伴随我国地铁事业的蓬勃发展，就地铁建设相关的设备盾构挖掘机而言，越来越受到我国盾构专家、学者们的热点关注，同时也收获了一定研究成果，就好比已经投入应用的地铁隧道施工中盾构设备故障诊断专家系统，尤其是基于信息技术开展施工工艺设计，能够极大水平地改善地铁建设的信息化水平。由于盾构机是一种集机、电、液为一体的大型设备，有着较为复杂的结构，再加上地铁施工现场环境不佳，由此提升了设备故障的引发率，不仅提升了施工成本，还对施工效率构成了不良影响，因此对盾构机在运行过程中进行状态与故障检测就显得极其关键。对盾构机开展状态与故障检测，就是要在对盾构机实行实时监测的前提下，利用人们长期积累的经验，并且充分地运用人工智能技术较准确地判断出设备的运行状况、劣化趋势以及对设备故障做到提前预测和故障发生后的快速诊断。

4盾构机导向系统工作原理

激光靶内置相机和倾斜仪，在盾构掘进中全站仪测量激光靶的坐标以及全站仪与激光靶之间的方位角，同时通过相机和倾斜仪，获取盾构机旋转和俯仰角的变化量以及不可见激光与激光靶的夹角。根据激光靶相对于盾构机空间位置关系固定不变的原理，计算出在大地坐标系下盾构机盾首和盾尾的坐标，与隧道设计线比较，计算出盾构机的夹角数值。

R-MSD自动导向系统主界面相关参数意义：（1）滚动角：表示盾构机的滚动角度，盾构机相对于水平面顺时针转动表示正值，逆时针转动表示负值。（2）俯仰角：表示盾构机的俯仰角度，盾构机相对于水平面前高后低为正，后高前低为负。（3）偏差定义：平面偏差，+表示右偏设计线，-表示左偏设计线。高程偏差，+表示高于设计线，-表示低于设计线。（4）里程定义：表示盾构机刀盘在隧道计划线中当前位置。（5）开累长度定义：表示盾构机掘进长度。（6）环号定义：表示盾构机当前掘进第多少环。（7）盾首水平趋向偏差：表示盾构机前进一米在水平方向上形态的变化量。图中红线代表盾构机轴线，绿线代表设计线。红线首端代表盾首，尾端代表盾尾。若水平姿态为负值，红线在绿线左边，若水平姿态为正值，红线在绿线右边。（8）盾首垂直趋向偏差：表示盾构机前进一米在垂直方向上姿态的变化量。图中红线代表盾构机轴线，绿线代表设计线。红线首端代表盾首，尾端代表盾尾。若垂直姿态为负值，红色轴线在设计线下方，若垂直姿态为正值，红色轴线在设计线上方。

5地铁盾构设备状态故障与检测

5.1建立知识库

地铁盾构设备的故障检测需要相对丰富的知识储备，也需要工作人员能很好的运用自己的知识储备。所以，应该建立盾构设备故障检测知识库，地铁施工过程盾构设备发生故障的时候，通过知识库能及时了解故障发生的原因，并选择适当的方法进行解决，也能选择恰当的方法检测地铁盾构设备状态故障。要建立丰富的盾构设备故障与检测知识库，设备的检测人员必须充分意识到知识库储备对地体盾构设备检测效率的影响。设计相对复杂的知识，相关设备检测人员可以根据实际需要进行适当的取舍。此外，地铁盾构设备检测的时候，检测人员应该选择利一学合适的检测方法进行检测，提升地铁盾构检测的效率，降低地铁盾构设备在运行时候发生故障的概率。

5.2设计推理机

推理机是地铁盾构设备故障检测系统中不可或缺的一部分，其主要作用于对全面系统开展协调控制，结合盾构设备引发故障的实际表现及用户对应输入的数据，进一步清楚应当选取知识库中何种适用的知识，再结合设备故障实际情况开展系统初步分析评估，然后开展推理，直至得出设备引发故障的真实原因，实现故障检测的目的。

介于地铁盾构设备故障受一系列因素影响，同时故障表现与原因相互有着难以确定的联系，鉴于此，在设备推理机过程中应当对此类因素开展有效权衡，要想迅速有效对设备故障原因予以明确，就应当制定尽可能适用的匹配冲突消解对策，以明确每一规则相互所产生的匹配优先权，保证对地铁盾构设备故障检测结果的针对性。

5.3液压系统的状态检测与故障诊断

盾构机液压系统相对庞大，同时控制着很多的油路，因此要采取不同的检测方法：（1）液压泵振动检测，液压泵作为液压系统的核心部件，在实践应用期间，引发故障的概率是液压系统中相对较高的，因此液压系统工作水平受液压泵工作状态良好与否很大程度影响，对液压泵采取的检测手段包括压力检测、振动检测、油液检测以及噪声检测等。通常情况下，常规的轴向柱塞泵能量多集中于基频、高倍频部位且差异性不大，一旦轴向柱塞泵引发故障，基频部位能量相对集中。在统计表中可就对应每项时域指标开展检测，观察其维持正常水平与否，如果每项时域指标处于正常水平，同时在频谱图中没有出现异常，则表示液压泵运行状况良好；（2）液压系统油液检测。液压系统油液检测分别有光谱检测、铁谱检测及理化性能指标检测等。其中光谱检测所检测的内容为油液中铜、铁、锌等元素含量；铁谱检测可分成分析式铁谱、直读式铁谱；理化性能指标检测所检测的内容为水分、运动黏度计污染度等。每一项指标常规标志逐一为：水分小于0.1％；运动黏度45.4cSt/40℃；污染度满足ISO440618/15级规范标准。对液压系统油液检可选取油液三线值检测法，即基于油液的警告线、报警线及正常线的水平，经由计算机分析后获取对应油液检测的拟合线，经由评定拟合线的部位进一步对设备运行状况开展评定。

结束语

综上所述，地铁盾构设备状态故障与检测工作开展完善与否，直接关乎地铁能否安全可靠地运行。鉴于此，相关人员务必要清楚认识地铁盾构设备状态故障与检测的意义，全面分析地铁盾构设备状态故障与检测关键技术，不断钻研研究、总结经验，积极促进地铁盾构设备的安全有序运行。

参考文献：

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[2]王启义.中国机械设计大典[M].南昌：江西科学技术出版社，2012.

[3]熊晨君，蔡骏.盾构机主减速箱损坏原因分析及预防措施[J].机械工程师，2013（3）：132-134.