土压平衡盾构机电气安全保护运用分析

土压平衡盾构机电气安全保护运用分析

李小东

中铁六局集团有限公司交通工程分公司 安徽合肥 230000

摘要：随着中国城市的高速发展，城市隧道的地下空间越来越丰富，而土压平衡盾构机因其安全、快捷、高效的特性，已应用于城市轨道交通工程建设中。目前土压平衡盾构机工艺早已完善，但面临着复杂多变的工程建设条件，电气系统的安全问题仍是阻碍盾构机正常运行的最主要原因，在工程建设中一定要保护好盾构机的电力结构与系统。所以，施工过程中土压平衡盾构机的电气安全防护工作至关重要，直接关系盾构机的应用和工程进度。

关键词：土压平衡盾构机；电气；安全保护；运用

城市化的进程不仅是面积的持续扩充，城市地下管网的充分利用也是现阶段各大城市不可忽视的构成部分。土压平衡盾构技术在地下工程施工中获得大面积的运用，为地下工程施工做出了巨大贡献。但地下工程施工作业普遍存在错综复杂的因素，在应用该技术的时候需要高度重视人为要素和环境影响，进而保证有效降低施工时的安全风险，并且确保可以在预期目标内竣工。

一、土压平衡盾构机的电气系统

（一）机电安全保护设计

电气设备需实施科学设计，进而保证其在应用环节中不会由于设计问题而发生故障，甚至是对工程进度及作业安全产生影响。而在设备运转环节中，需考虑到自然环境及人为使用的影响，保证其不会因为紧急情况从而影响其正常运转。所以，在它的安全防范的设计上，需注意其整体上的机械结构设计。从能源供给、电源操控及调整等都要实施优化设计，保证其在应用环节中，因电力导致的威胁状况拥有较好的安全防范措施。重要节点的管理是其结构中的关键方面。尤其是控制开关、管控调整设备。在它的设计中，要有较强的科学性，对漏电和过载等问题都具有对应的预案，保证发生这类情况时，可以借助对应的应急救援措施，有效降低风险事件的发生，实现较好的安全防护目的。而电能的通电、操控需尽量保证。对其实施紧急开关设定，避免因人为失误、自然意外等状况导致风险状况可以获得有效操控。唯有如此，才可以最大限度地有效降低在使用中发生风险的概率，以实现安全保护措施最大限度地保证工程施工的安全性。

（二）盾构机的高压供电系统

由于盾构机的耗电量大、供电间隔长，使用的是10kV高压线路，当中专线同样是由10kV高压开闭站直接给予电力供应的。这种模式的一大特点便是不但可以保证安全送电，也可以在盾构机出现故障时，确保机器设备的正常运转，并且不干扰施工现场城市的供配电系统。

（三）盾构机的低压系统

针对盾构机的低压系统的了解，应从配电、防护以及控制三种方式上进行具体分析。在土压平衡盾构机中，其配电系统通常是通过数个路径的接零操作实现的保护；在防护形式方面，由于其应用的环境多为湿潮条件下，为有效防止出现漏电问题，此类盾构机通常会将各部分都和地线实现连接。盾构机的运行需要通过电机实现高速运行，而低压系统的作用更多的针对的就是机电设备。

二、盾构机电能保护系统

（一）漏电保护

漏电防护是种保障盾构机电气安全必不可少的方式，当盾构机配电网出现漏电超出预设值时，自行断掉盾构机电气控制系统线路或释放信号。土压平衡盾构机大多在较为潮湿的环境中实施施工作业，要想避免盾构机在使用中出现漏电，就必须要增强盾构机漏电防护作业，对该开关箱及供电系统尾端挑选防溅型断路器，额定的漏电流和漏电时间，电流不高于30mA，额定的漏电时长不高于0.1s。在配电箱配置总漏电保护和剩余电流互感器，额定的剩余电流需设30mA至100mA间和100mA至300mA间两种挡位实施调节。配电箱额定的漏电动作电流高于供电系统和用电器总漏电流的2倍，可对盾构机现场构成二级漏电防护。配电箱和末级电箱互相配合，对盾构机产生逐段分级防护，严格防止盾构机漏电所导致的问题

（二）接地保护

因为通常使用土压平衡盾构机的环境都较为恶劣，比如比较潮湿等，所以，需要对电气设备实施接零保护，一般可以分成两个方面，第一种为保护接地。是指对用电设备的侧面进行接地，此类安全防护形式，可以在出现故障，可能会有危险发生的时候，将对地电压处的金属片与地面实施连接，从而使出现故障之后的设备带电体的对地电压被有效控制在安全范围以内；第二种为工作接地。也叫做系统接地，是一种直接接地方式，接地位置为电力变压器的低压侧中性点，其主要攻效在于能够稳定系统电位，同时可以有效缓解由于故障接地而造成的危险。

（三）连接线路保护

电路接触不良现象或短路故障及电气元器件跟控制器相互间连接或断开连接，均会严重影响通信，引起数据管理控制器无法收到信号。比如，盾构机推进环节中骤停，提示是配线设备出现异常。此时作业人员需先对线路实施大致的检查，检查线路各个连接处是不是不正常，去掉此类问题后，再对每个控制器实施一一检查，一直到找到引起提示配线设备出现异常的原因。事后分析，或许是通信电缆故障引起，由于电缆屏蔽层受到损伤，影响到正常操作，信号电缆和强电电缆交叠在一块，严重影响了信号。因此对盾构机电路连接的保护也非常重要。

（四）电路过载保护

电缆线路需要设置有过载和短路两种保护方法。在实施短路保护时，可以使用熔断器，要求熔体的额定电流需要小于明铺导线的长时间持续负荷的最大载流量的1.5倍；而在使用断路器时，则需要其瞬动脱扣器的整定数值不大于线路末端的单相短路电流。在实施过载保护时，可使用断路器、熔断器，要求绝缘导线的长时间持续负荷载流量需大于熔断器的熔体对电流的额定值或者是延时脱扣器整定数值的1.25倍。因为盾构机的作业环境比较特殊化，需要确保电缆的设计的防护等级较高。在盾构机的电气系统中，控制线、动力线以及保护套使用的均为阻燃性的聚氨酯聚醚类材料，并将其紧紧包裹住绝缘层。保护套的材质具有耐腐蚀性、耐油性、耐低温性、耐老化性、防水性、耐磨性、抗紫外线等优势。

三、机电系统开关、调节装置

（一）急停装置

急停即紧急停止，当系统产生无法预测的风险、隐患的时候，借助急停功能可以使系统恢复至安全的状态下。急停开关能够有效防止事故的扩大化，以及防止对人员身体安全造成伤害。通过急停开关，不但可以切断驱动电机的电源，同时可以通过PLC程序，将其输入至系统的报警模式中，形成灯光报警，使设备的后续所有动作都得到阻止。。

（二）辅助急停装置

辅助紧急停止设备是软硬件的融合，数据信号利用电缆传递，保证在通讯出现异常不会影响紧急停止设备运用。当出现异常时，启动急停按钮，便能够及时断开线路和模块输入，保障盾构机。

（三）按钮选择

管片拼装机是在盾构机的施工环节中，存在较高危险性且应用较为频繁的系统，所以，其需要控制系统具有较强的可靠性与稳定性。在管片拼装的模式下，主要有两种操作方法：一种由无线控制盒实现按钮控制，另一种为有线控制盒实现按钮控制，这两种控制方法相互之间形成关联，当一种方式处于工作状态时，另一种方式则处于无效状态下。两种控制盒中配备了急停按钮，主要用在出现紧急情况时的急停。相对来说，由于有线控制盒的控制开关使用的是旋钮开关，因此可降低错误动作率。

结语：土压平衡盾构机在现阶段的交通环境中可以起到很大的功效，保证工程项目可以顺利实施施工。对于该设备的电气安全防护，必须从整体上的环境、自身特点等方面进行考量，对不同电流电压、安全风险进行合理的认知，设置好对应的应急预案，保证危险出现时可以及时响应，立即通过正确的方法，对相应的问题实施处理，促使工程的施工安全与工程项目的有序推进可以有一定的保证。

参考文献

[1]李景轩.基于土压平衡盾构机控制策略研究[D].西安理工大学，2018.

[2]黄凡.盾构机推进系统协调控制策略研究与实现[D].西安理工大学，2017.

[3]刘国栋，陈培帅，罗会武.土压平衡盾构机渣土保压泵送技术[J].中国水运（下半月），2017，17（06）：147-149.