地鐵盾構(gòu)SAMSON保壓系統(tǒng)離線檢測的應用

趙軍軍

（中鐵一局城軌公司掘進設(shè)備技術(shù)中心，江蘇無錫 214104）

1 SAMSON保壓系統(tǒng)概述

地鐵盾構(gòu)設(shè)備SAMSON（薩姆森）保壓系統(tǒng)的作用是提供穩(wěn)定開挖倉的壓力（泥水盾構(gòu)同理，用于穩(wěn)定氣墊倉壓力，間接控制泥水開挖倉壓力），而開挖倉壓力則直接關(guān)系到掌子面的穩(wěn)定，是地鐵盾構(gòu)安全施工的重要因素，因此SAMSON保壓系統(tǒng)性能的好壞就顯得尤為重要。

SAMSON保壓系統(tǒng)主要由3421型氣動控制器、3814型氣動變送器、調(diào)節(jié)閥3241及3999-0090空氣單元構(gòu)成，地鐵盾構(gòu)施工時由掌子面、開挖倉及SAMSON保壓系統(tǒng)形成密封循環(huán)回路，可直觀檢測其性能狀態(tài)，而施工結(jié)束后因開挖倉敞開無法形成密封腔室，SAMSON系統(tǒng)在盾構(gòu)設(shè)備上無法啟動工作，導致其性能好壞無法檢測，因此如何實現(xiàn)離線狀態(tài)下SAMSON系統(tǒng)檢測為本論文的研究方向。

2 SAMSON保壓系統(tǒng)離線檢測研究

要實現(xiàn)SAMSON系統(tǒng)檢測，在原盾構(gòu)設(shè)備實現(xiàn)技術(shù)難度低，但實施難度大——實現(xiàn)常規(guī)盾構(gòu)6.25 m直徑圓柱面封堵，且當前盾構(gòu)市場直徑多樣，局限性太大，明顯此法不可取；通過分析其工作原理，研究設(shè)計離線檢測臺模擬其工況，實現(xiàn)其性能動作測試。

設(shè)計儲氣罐模擬開挖倉；設(shè)計氣動變送器安裝接口，提供氣壓采集通道；設(shè)計氣動調(diào)節(jié)器安裝法蘭，用于調(diào)節(jié)器安裝及工業(yè)空氣通斷控制；設(shè)計氣動控制器平臺，用于固定控制器。空氣壓縮機、氣動控制器1和用于模擬盾構(gòu)開挖倉的儲氣罐，儲氣罐通過氣路1與氣動控制器1相連接，氣路1上靠近儲氣罐的位置設(shè)置有氣壓調(diào)節(jié)器1，氣路1上且位于氣壓調(diào)節(jié)器1與儲氣罐之間設(shè)置有氣壓變送器1，氣路1上沿氣壓調(diào)節(jié)器1朝向氣動控制器1的方向依次設(shè)置有截斷閥1、截斷閥2、調(diào)壓閥1和調(diào)壓閥2，空氣壓縮機通過氣路2與氣路1相連接且氣路2與氣路1的連接點位于截斷閥1和截斷閥2之間，氣路1上連接有氣路3，氣路3的一端與氣路1的連接點位于調(diào)壓閥1和調(diào)壓閥2之間，氣路3的另一端與氣壓調(diào)節(jié)器1相連接，氣動控制器1與氣壓變送器1之間設(shè)置有氣路4和用于將儲氣罐內(nèi)部氣壓信號反饋給氣動控制器1的反饋管路1，氣路4的一端與氣路1相連接且氣路4與氣路1的連接點位于調(diào)壓閥2與氣動控制器1之間，氣路4的另一端與氣壓變送器1相連接，反饋管路1的一端與氣壓變送器1相連接，反饋管路1的另一端與氣動控制器1相連接，氣壓調(diào)節(jié)器1與氣動控制器1之間設(shè)置有用于向氣壓調(diào)節(jié)器1傳輸控制信號的控制管路1，控制管路1的一端與氣動控制器1連接，控制管路1的另一端與氣壓調(diào)節(jié)器1相連接。

氣動控制器2、儲氣罐與氣動控制器2之間設(shè)置有氣路5，氣路5上靠近儲氣罐的位置設(shè)置有氣壓調(diào)節(jié)器2，氣路5上且位于氣壓調(diào)節(jié)器2與儲氣罐之間設(shè)置有氣壓變送器2，氣路5上沿氣壓調(diào)節(jié)器2朝向氣動控制器2的方向依次設(shè)置有截斷閥4、截斷閥5、調(diào)壓閥3和調(diào)壓閥4，氣路5通過氣路6與氣路2相連接且氣路6與氣路5的連接點位于截斷閥4和截斷閥5之間，氣路5上連接有氣路7，氣路7的一端與氣路5的連接點位于調(diào)壓閥3和調(diào)壓閥4之間，氣路7的另一端與氣壓調(diào)節(jié)器2相連接，氣動控制器2與氣壓變送器2之間設(shè)置有氣路8和用于將儲氣罐內(nèi)部氣壓信號反饋給氣動控制器2的反饋管路2，氣路8的一端與氣路5相連接且氣路5與氣路8的連接點位于調(diào)壓閥4與氣動控制器2之間，氣路8的另一端與氣壓變送器2相連接，反饋管路2的一端與氣壓變送器2相連接，反饋管路2的另一端與氣動控制器2相連接，氣壓調(diào)節(jié)器2與氣動控制器2之間設(shè)置有用于向氣壓調(diào)節(jié)器2傳輸控制信號的控制管路2，控制管路2的一端與氣動控制器2相連接，控制管路2的另一端與氣壓調(diào)節(jié)器2相連接。

氣路1上且位于截斷閥2與調(diào)壓閥1之間設(shè)置有空氣過濾器1，氣路1上且位于調(diào)壓閥1和調(diào)壓閥2之間設(shè)置有空氣過濾器2；氣路5上且位于截斷閥5與調(diào)壓閥3之間設(shè)置有空氣過濾器3，氣路5上且位于調(diào)壓閥3和調(diào)壓閥4之間設(shè)置有空氣過濾器4。儲氣罐上設(shè)置有用于觀測儲氣罐內(nèi)部氣壓的壓力表1，氣路1上設(shè)置有壓力表2和壓力表3，壓力表2位于空氣過濾器1與調(diào)壓閥1之間，壓力表3位于氣路4和氣路1的連接點與調(diào)壓閥2之間；氣路5上設(shè)置有壓力表4和壓力表5，壓力表4位于空氣過濾器3與調(diào)壓閥3之間，壓力表4位于氣路8和氣路5的連接點與調(diào)壓閥4之間。儲氣罐的一端設(shè)置有排氣閥，儲氣罐的另一端設(shè)置有用于模擬盾構(gòu)開挖倉玻璃艙門的玻璃試件。儲氣罐上設(shè)置有用于將儲氣罐內(nèi)的水排出的排水閥。截斷閥1、截斷閥2、截斷閥4和截斷閥5均為球閥。SAMSON系統(tǒng)離線檢測臺原理見圖1。

3 SAMSON保壓系統(tǒng)離線檢測應用

檢測時，打開截斷閥1、截斷閥2和截斷閥3，高壓空氣從空氣壓縮機內(nèi)并經(jīng)氣路2進入氣路1，此時，高壓空氣分作2路，一路高壓空氣向左并通過截斷閥1，但氣壓調(diào)節(jié)器1為常閉型氣壓調(diào)節(jié)器，于是流向截斷閥1的高壓空氣被阻擋；另一路高壓空氣經(jīng)調(diào)壓閥1后，將高壓空氣的壓力調(diào)節(jié)至0.4 MPa（4 bar），此時，該壓力為0.4 MPa的空氣又分成兩路，其中一路壓力為0.4 MPa的空氣經(jīng)氣路3進入氣壓調(diào)節(jié)器1，另一路壓力為0.4 MPa的空氣經(jīng)調(diào)壓閥2將高壓空氣的壓力調(diào)節(jié)至0.14 MPa（1.4 bar）后又分成兩路，其中一路壓力為0.14 MPa的空氣直接進入氣動控制器1內(nèi)，另一路壓力為0.14 MPa的空氣經(jīng)氣路4進入氣壓變送器1，氣壓變送器1將采集到的儲氣罐內(nèi)部壓力與0.14 MPa氣動壓力轉(zhuǎn)變成一個標準信號并通過反饋管路1，反饋到氣動控制器1，氣動控制器1通過分析運算后與設(shè)定值比較，從而通過控制管路1給氣壓調(diào)節(jié)器1輸出一個控制信號，進而控制氣壓調(diào)節(jié)器1的開合，此時，高壓空氣從空氣壓縮機經(jīng)氣路2、截斷閥1、氣壓調(diào)節(jié)器1和氣壓變送器1進入儲氣罐內(nèi)，當儲氣罐壓力＜設(shè)定值時，氣壓調(diào)節(jié)器1在控制信號的作用下打開給儲氣罐充氣，當儲氣罐壓力=設(shè)定值時，氣壓調(diào)節(jié)器1自動關(guān)閉，維持一個動態(tài)平衡，最終保證儲氣罐壓力在設(shè)定值范圍內(nèi)微小波動。儲氣罐壓力大小可通過排氣閥手動控制，模仿開挖倉泄漏，借助該模擬系統(tǒng)模擬盾構(gòu)開挖倉保壓系統(tǒng)，可以對保壓系統(tǒng)進行檢測及調(diào)試。

通過設(shè)置氣動控制器2、氣壓變送器2和氣壓調(diào)節(jié)器2、氣路5、氣路6、氣路7、反饋管路2和控制管路2，同上理可實現(xiàn)檢測及調(diào)試，為模擬保壓系統(tǒng)提供了一種補充，也是提高了一種備份方案。

4 總結(jié)與效果檢查

通過設(shè)置儲氣罐、氣壓調(diào)節(jié)器1、氣壓變送器1、氣動控制器1、氣路1～4、反饋管路1和控制管路1，從而對盾構(gòu)開挖倉的保壓系統(tǒng)進行模擬，對開挖倉、開挖倉氣體損失、氣壓變送器比例變送，控件合理安裝及管路連接，進行提前檢測、故障判斷和調(diào)試，徹底解決了工地應急采購成本高，貨期長（7～8周）影響施工進度的難題，其使用方便，使用效果好。

5 結(jié)語

本檢測臺結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎合理，工作可靠性高，使用壽命長，能夠?qū)﹂_挖倉、開挖倉氣體損失、氣壓變送器比例變送、控件合理安裝及管路連接，進行提前檢測、故障判斷和調(diào)試，且其使用方便、節(jié)約了成本，便于推廣使用。