地鐵盾構設備狀態故障與檢測

摘要：近年來，盾構機在全球范圍內修建隧道工程中得到廣泛推廣，因此關于盾構機的研究越來越得到關注，且以對盾構機關鍵設備狀態監測與故障診斷為主要的研究方向。文章通過分析地鐵盾構設備狀態故障與檢測的意義，闡述了地鐵盾構設備狀態故障與檢測關鍵技術，對地鐵盾構設備常見故障與檢測案例展開了探討。

關鍵詞：地鐵建設；盾構設備；狀態故障；故障檢測；隧道工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：U451 文章編號：1009-2374（2016）25-0109-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.053

伴隨社會經濟的飛速發展，城市進程化發展逐步深入，盾構機在城市發展建設中應用愈加頻繁，盾構機施工期間的故障問題應予以足夠的重視。為了減少盾構機故障，促進盾構機的有序運行，務必要開展好盾構機的維護與保養工作。由此可見，對地鐵盾構設備狀態故障與檢測開展研究有著十分重要的現實意義。

1 地鐵盾構設備狀態故障與檢測的意義

伴隨我國地鐵事業的蓬勃發展，就地鐵建設相關的設備盾構挖掘機而言，越來越受到我國盾構專家、學者們的熱點關注，同時也收獲了一定研究成果，就好比已經投入應用的地鐵隧道施工中盾構設備故障診斷專家系統，尤其是基于信息技術開展施工工藝設計，能夠極大水平地改善地鐵建設的信息化水平。由于盾構機是一種集機、電、液為一體的大型設備，有著較為復雜的結構，再加上地鐵施工現場環境不佳，由此提升了設備故障的引發率，不僅提升了施工成本，還對施工效率構成了不良影響，因此對盾構機在運行過程中進行狀態與故障檢測就顯得極其關鍵。對盾構機開展狀態與故障檢測，就是要在對盾構機實行實時監測的前提下，利用人們長期積累的經驗，并且充分地運用人工智能技術較準確地判斷出設備的運行狀況、劣化趨勢以及對設備故障做到提前預測和故障發生后的快速診斷。

2 地鐵盾構設備狀態故障與檢測關鍵技術

盾構設備狀態故障檢測是一項十分復雜的系統工程，鑒于此，對故障檢測系統提出了相對嚴苛的要求。要想實現對盾構設備狀態故障予以有效檢測，在對盾構設備狀態故障進行檢測期間，設備檢測人員應當對對應檢測技術形成一個明確的認識，唯有如此，方可迅速有效地實現對盾構設備狀態故障的檢測。地鐵盾構設備狀態故障與檢測關鍵技術，具體而言：

2.1 建立知識庫

就地鐵盾構設備故障檢測系統而言，可算得上是一個知識獲取且對知識開展運用推理的步驟，鑒于此，建立知識庫在盾構設備故障檢測過程中扮演著十分重要的角色，務必要為設備故障診斷系統建立起一個知識充沛的知識庫，進一步在對設備開展故障檢測期間，方可明確選取何種適用的方法實現對故障設備的有效檢測。為了開展好知識獲取、知識庫充實工作，設備檢測人員應當認識到，即便設備檢測效率受知識獲取量很大程度影響，然而就部分相對復雜、多樣的知識而言，檢測人員應當要結合實際情況，懂得取舍；在設備檢測期間，務必要選取盡可能適用的檢測方法對地鐵盾構設備故障開展檢測處理，進而有效實現檢測的目的。

2.2 設計推理機

推理機是地鐵盾構設備故障檢測系統中不可或缺的一部分，其主要作用于對全面系統開展協調控制，結合盾構設備引發故障的實際表現及用戶對應輸入的數據，進一步清楚應當選取知識庫中何種適用的知識，再結合設備故障實際情況開展系統初步分析評估，然后開展推理，直至得出設備引發故障的真實原因，實現故障檢測的目的。

介于地鐵盾構設備故障受一系列因素影響，同時故障表現與原因相互有著難以確定的聯系，鑒于此，在設備推理機過程中應當對此類因素開展有效權衡，要想迅速有效對設備故障原因予以明確，就應當制定盡可能適用的匹配沖突消解對策，以明確每一規則相互所產生的匹配優先權，保證對地鐵盾構設備故障檢測結果的針

對性。

2.3 基于實時參數

以實時參數為基礎的地鐵盾構設備狀態故障與檢測，是借助不同傳感器開展狀態監控來實現的，傳感器集成融合在現如今人們開展區域感知中發揮著極為重要的作用。在對地鐵盾構設備開展故障檢測期間，可依據傳感器的特征，以對多源實時信息開展搜集，進一步構建起一套實時診斷推理體系，在對地鐵盾構設備開展實時參數檢測的過程中，只要在實時模擬量、開關量存在異常狀況，在線檢測系統便會將此類異常信號呈現在檢測人員面前，由此檢測人員便可檢測此部分異常信號傳輸至推理機開展推理。倘若能夠獲取最終故障原因，則經由接口返回至檢測人員，并提供相關應對方案，且依據推理路徑給予恰當的推理分析。如果異常信號并非最終故障原因，那么系統可轉至為綜合隸屬度為基礎的模糊推理體系開展推理檢測，通過兩者之間的配合促進最終故障源的獲取，有效地促進地鐵盾構設備的安全有序

運行。

3 地鐵盾構設備常見故障與檢測案例

在盾構設備結構中，大多數結構均選取的是液壓驅動，換言之，液壓系統是盾構設備中極其重要的一部分。就一個完整的液壓系統而言，組成成分有液壓泵、控制元件、動力元件以及執行元件等。液壓系統結構相對復雜，可算得上是盾構系統的心臟。因此，倘若液壓系統出現異常情況，會對盾構設備運行構成不良影響，所以開展好盾構設備液壓系統狀態故障檢測有著十分重要的意義。

3.1 液壓泵故障機理

液壓系統通過液壓泵獲取動力，本文以三菱盾構機開展案例分析，其使用的為斜盤式軸向柱塞泵。該結構相對復雜，運行期間會形成不同激勵力形式，此部分激勵力會產生振源。此類振源分別有：（1）軸承運動沖擊；（2）缸體與配油盤相互接觸面的摩擦；（3）由于活塞的往復運動將流體作為介質于配油盤上的沖擊；（4）活塞、滑靴對回程盤的沖擊；（5）滑靴對斜盤的沖擊；（6）滑靴與斜盤接觸面的摩擦。

此類振源對應含有的信息會經由柱塞泵介質朝外傳輸，其多以三種方式開展傳輸：（1）將金屬元件用以介質，朝機座、殼體傳輸，產生機座、殼體異常振動；（2）將流體用以介質，朝壓力油路中傳輸壓力，產生油路系統的壓力振擺、沖擊；（3）將氣體用以介質，朝空氣中傳輸震動，形成噪音。

3.2 液壓回路的故障機理

就三菱盾構設備液壓系統而言，組成成分有液壓泵、控制元件、執行元件、液壓油等。作為一個封閉的閉環回路，液壓系統較常出現的故障有：（1）壓力異常導致液壓系統故障，壓力值不穩定，系統壓力植失控或者系統失壓；（2）油液清潔度不達標或者油溫不正常導致液壓系統故障；（3）受液壓油缸運行異常影響，使得執行元件異常，從而導致液壓系統故障；（4）液壓系統外泄漏或者內泄漏導致液壓系統故障。

3.3 液壓系統的狀態檢測與故障診斷

盾構機液壓系統相對龐大，同時控制著很多的油路，因此要采取不同的檢測方法：（1）液壓泵振動檢測，液壓泵作為液壓系統的核心部件，在實踐應用期間，引發故障的概率是液壓系統中相對較高的，因此液壓系統工作水平受液壓泵工作狀態良好與否很大程度影響，對液壓泵采取的檢測手段包括壓力檢測、振動檢測、油液檢測以及噪聲檢測等。通常情況下，常規的軸向柱塞泵能量多集中于基頻、高倍頻部位且差異性不大，一旦軸向柱塞泵引發故障，基頻部位能量相對集中。于時域統計表中可就對應每項時域指標開展檢測，觀察其維持正常水平與否，如果每項時域指標處于正常水平，同時在頻譜圖中沒有出現異常，則表示液壓泵運行狀況良好；（2）液壓系統油液檢測。液壓系統油液檢測分別有光譜檢測、鐵譜檢測及理化性能指標檢測等。其中光譜檢測所檢測的內容為油液中銅、鐵、鋅等元素含量；鐵譜檢測可分成分析式鐵譜、直讀式鐵譜；理化性能指標檢測所檢測的內容為水分、運動黏度計污染度等。每一項指標常規標志逐一為：水分小于0.1%；運動黏度45.4cSt/40℃；污染度滿足ISO440618/15級規范標準。對液壓系統油液檢可選取油液三線值檢測法，即基于油液的警告線、報警線及正常線的水平，經由計算機分析后獲取對應油液檢測的擬合線，經由評定擬合線的部位進一步對設備運行狀況開展評定。

4 結語

總而言之，地鐵盾構設備狀態故障與檢測工作開展完善與否，直接關乎地鐵能否安全可靠地運行。鑒于此，相關人員務必要清楚認識地鐵盾構設備狀態故障與檢測的意義，全面分析地鐵盾構設備狀態故障與檢測關鍵技術，不斷鉆研研究、總結經驗，積極促進地鐵盾構設備的安全有序運行。

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作者簡介：袁靖乙（1983-），男，河南漯河人，中鐵十一局集團設備物資部工程師，研究方向：地鐵盾構施工。

（責任編輯：小 燕）