1.2.6　盾构机操作实例

此处以中铁隧道集团有限公司先锋号盾构机为例，主要是首先全面地介绍控制室的盾构操作面板及工业电脑的操作界面，再进一步地介绍盾构操作的参数设置、具体步骤及操作要求等。要掌握盾构主机的操作必须首先熟悉盾构的各种操作面板，然后学习盾构的相关操作知识后，才能真正地逐步掌握盾构的操作技术。

盾构的操作面板如图1-33所示，分别由不同的按钮、数码显示管、电位器旋钮及工业电脑显示器等组成。主机的操作面板分为四块，如图的面板①、②、③、④。其中面板①主要是推进系统、主驱动系统、出渣系统等的操作有相关信息显示；面板②是主机工业电脑、泡沫系统、膨润土系统、盾尾油脂密封系统、仿形刀系统及盾构铰接油缸的控制；面板③和④区主要是盾构大部分电机的启动与停止。下面首先介绍工业电脑的操作界面，再分别介绍四个面板其功能。

图1-33是盾构机的控制室内的操作面板，为了便于理解，我们按功能分类把面板划分为了A-P16个区域，对应的区域一般是一个相对独立的功能操作区域。功能区域说明见表1-3所示。

图1-33　盾构机操作面板

表1-3　控制室操作面板

1.IPC工业电脑界面简介

IPC工业电脑启动后会自动运行一个预先设置的程序。这个程序是监测和控制盾构施工的专用软件。它可以显示盾构施工中的一些重要施工参数，并可以对其中一些特殊的数据进行修改，使盾构机能适应地层变化的复杂性和多样性。

现将此软件的基本功能和操作介绍如下：当程序自动运行后将出现图1-34所示的界面，这就是程序的主界面。（PLC 状态显示框正常时没有显示，当PLC 出现故障时显示红色PLC字样）。

图1-34　程序主界面

各界面功能说明：

（1）F1-pic.1 显示画面

（续表）

（2）F2-pic.2 土压显示、仿形刀位置等，见图1-35

图1-35　程序界面

（3）F3-pic.3 油温、盾尾油脂密封及推进系统状态显示，见图1-36

图1-36　程序界面

（4）F4-para.foam 泡沫系统参数设定（密码），见图1-37

图1-37　程序界面

（5）F5-para.1 油温报警及注浆压力参数设定（密码），见图1-38

图1-38　程序界面

（续表）

（6）F6-para.2 其他参数设定（密码），见图1-39

图1-39　程序界面

（续表）

（7）F7-para.3 盾尾油脂密封参数设定（密码），见图1-40

图1-40　程序界面

（8）1.8 F8-para.4 显示画面（备用）

（9）F9-error 显示画面，见图1-41

图1-41　程序界面

画面主要显示盾构工作过程中所出现的故障。

其中：Actucll按钮下表示当前正存在的错误，而Active则显示历史记录的错误。

用功能键F1和F2在Actucll和Active两种状态下切换。

（10）F10关机

任何情况下，只要按下F10按钮计算机就会自动关机。由于工业电脑使用的是Windows NT4.0操作系统，启动需要一定时间，且此期间不能对盾构的一切参数进行监控和操作，所以应注意不要错误操作造成IPC 的自动关机。

2.操作面板功能介绍

（1）面板1（见图1-42）

图1-42　面板1

为了说明的方便，图1-42是根据实际控制面板实物制作的近似图形，同时对旋钮、数码显示管及按钮进行了编号以便进行操作说明。其中红色的圆框或方框内的数字为相应的元器件编号，以SX开头的为其附近的数码显示管的编号，以XN开头的为旋钮的开关的编号，其他的为按钮的编号。下面分别以表格的形式对1区的各个元器件的功能进行说明。

说明：在启动任何按钮前，必须至少在以下两个工作条件下才能工作。

1）对应泵站的冷却及过滤系统已开始正常运行；

2）无紧急停止按钮按下。

面板数码显示管显示的内容说明见表1-4所示，按钮功能说明见表1-5所示。

表1-4　数码显示管显示内容说明

表1-5a　旋钮功能说明

表1-5b　按钮功能说明

（续表）

（2）面板2（见图1-43）

图1-43　面板2

面板2功能说明见表1-6所示。

表1-6　面板2功能说明

（续表）

（3）面板3（见图1-44）

面板3功能说明见表1-7所示。

图1-44　面板3

表1-7　面板3功能说明

（4）面板4（见图1-45）

面板4功能说明见表1-8所示。

图1-45　面板4

表1-8　面板4功能说明

注：以上图表说明中，除了特别说明的按钮外，对于成对的开、关按钮，一般红色的按钮为停止按钮，绿色按钮为启动按钮。颜色以实际操作面板为准，上图仅供参考。

3.盾构机操作

（1）操作人员要求

1）盾构机操作人员必须身体健康，能够适应较长时间的洞内工作，无色盲，具有较强的责任心；

2）盾构机操作人员必须经过专门的专业培训，具有一定的机械、电气及土木工程知识，对盾构机机械结构、电气配置及盾构施工过程有一定的了解；

3）盾构机操作人员必须经过专门的安全知识培训，并且熟悉盾构及地下工程施工的相关安全知识；

4）对于在盾构机内工作的不同专业工种人员如电气、液压、机械等工作人员等，需遵守其专业内的专门安全规定，并取得了合格的工作资质。

（2）操作系统参数设定

如果是第一次启动盾构，就必须根据土木工程师及机械工程师的要求设定盾构的各种参数。在盾构调试至正常掘进的过程中，盾构机的绝大部分参数已经确定，司机应根据上级部门制定的盾构参数来进行设定。严禁任何人根据个人的理解修改盾构的任何参数，否则有可能造成盾构或辅助设备的损坏。

A.泡沫系统参数设定

1）泡沫参数的设定应在土木工程师的要求下根据工程地质的具体情况设定泡沫的压力及流量。泡沫剂的发生率等参数应根据泡沫剂供货商的要求设定，泡沫参数在开始调试时设定完成后不经同意不能随意更改。

2）在控制室的工业电脑启动后，即可在电脑的第一个屏幕上（如果没有，可以按F1 切换到第一屏）设定泡沫和空气的流量。具体方法参见前面的说明。

3）按F4 并输入密码后即可以设定泡沫系统的FER（泡沫发生率），Q-foam（泡沫流量）及自动模式百分比等。

B.报警温度及注浆压力值设定

1）按F5 设定各液压系统的报警温度，一般最大报警温度不超过60℃。严禁随意更改报警温度。

在土木工程师的要求下设定注浆系统的起始压力及终止压力。

C.按F6设定盾构的掘进状态参数

1）刀盘的最小转速（rpm），当刀盘达不到此转速时推进系统不能工作，范围为0～6rpm。

2）主驱动最大工作压力，当达到此压力时刀盘自动停止转动。正常掘时设定值为250bar，脱困时可以设定在250～300bar。

3）仿形刀伸出角度和缩回角度，此值由土木工程师根据线路和地质情况确定。

4）铰接油缸的最小和最大行程，当达到最大行程时铰接油缸应缩回，当达到最小行程时盾构掘进停止并发出错误信息。

5）螺旋输送机后门的最小开度。

6）螺旋输送机的最大工作压力，当达到此压力时螺旋输送机停止工作。根据液压系统的情况此值一般设定为250bar。

7）螺旋输送机中部最大土压值，当达到此土压值时螺旋输送机后门将自动关闭并停止工作，以防止喷涌。

8）螺旋输送机的最小转速。

9）土仓中部最大土压，当达到此土压值时螺旋输送机后门将自动关闭并停止工作，以防止喷涌。

D.盾尾油脂密封参数设定

按F7并输入密码，根据机械工程师指令输入相应的盾尾油脂参数，主要是正常控制行程（Normal way jacking cylinders stroke control）、冲程数、压力控制模式下的最大压力、阀工作等待时间、最大动作等待时间等。

E.开机前准备

1）检查延伸水管、电缆连接正常；

2）检查供电是否正常；

3）检查循环水压力是否正常；

4）检查滤清器是否正常；

5）检查皮带机、皮带是否正常；(www.daowen.com)

6）检查空压机运行是否正常；

7）检查油箱油位是否正常；

8）检查脂系统油位是否正常；

9）检查泡沫济液位是否正常；

10）检查注浆系统是否已准备好并运行正常；

11）检查后配套轨道是否正常；

12）检查出渣系统是否已准备就绪；

13）检查盾构操作面板状态：开机前应使螺旋输送机前门应处于开启位，螺旋输送机的螺杆应伸出，管片安装按钮（SEGMENTPLACING）应无效，无其他报警指示；

14）检查VMT导向系统是否工作正常，若以上检查存在问题，首先处理或解决问题，然后再准备开机；

15）请示土木工程师并记录有关盾构掘进所需要的相关参数，如掘进模式（敞开式、半敞开式或土压平衡式等）、土仓保持压力、线路数据、注浆压力等；

16）请示机械工程师并记录有关盾构掘进的设备参数；

17）若需要则根据土木工程师和机械工程师的指令修改盾构机参数；

18）确认注浆系统已经开始工作。

（4）开机

1）根据工程要求选择盾尾油脂密封的控制模式，即选择采用行程控制还是采用压力控制模式；

2）按工业电脑F9键，检查是否存在当前错误报警，若有，首先处理之；

3）将面板的螺旋输送机转速调节旋钮、刀盘转速调节旋钮、推进油缸压力调节旋钮、盾构机推进速度旋扭等调至最小位；

4）启动前后液压泵站冷却循环泵（filter circuit & filter circuit shield），并注意泵启动是否正常，包括其启动声音及振动情况等，以下每一个泵启动情况均需注意其启动情况；

5）依次启动润滑脂泵（lubrication pump）、齿轮油泵（gear oil pump）；

6）依次启动补油泵（feed pump）、控制油泵（steering pump）；

7）依次启动三个主驱动泵及螺旋输送机驱动泵（cutter drive 1,3 & screw conveyor）；

8）依次启动推进泵（thrust pump）及辅助泵（auxiliary pump）；

9）启动刀盘密封油脂泵，调整油脂泵使其保持在每分钟泵送油约7次，此时气动压力约1.5bar；

10）选择手动或半自动方式启动泡沫系统；

11）启动盾尾油脂密封泵，并选择自动位。

至此，盾构的动力部分已启动完毕，下面根据不同的工序进一步进行说明。

（5）掘进

A.启动皮带机

B.启动刀盘

1）选择刀盘的挡位，一般在软岩地段选择挡位1（STEP 1）；在扭矩比较小的地层中可以选择挡位2（STEP 2），具体要根据实际情况来决定；

2）根据VMT面板上显示的盾构目前旋转状态选择盾构旋向按钮（Leftor Right），一般选择能够纠正盾构转向的旋转方向；

3）选择刀盘启动按钮（START），并慢慢右旋刀盘转速控制旋钮（SPEED），使刀盘转速逐渐稳定在2rpm 左右。严禁旋转旋钮过快，以免造成过大液压冲击，损伤液压设备。此时注意主驱动压力变化，若因压力过高而使刀盘启动停止，则先把SPEED旋钮左旋至最小再重新启动。

C.启动螺旋输送机

1）慢慢开启螺旋输送机的后门；

2）启动螺旋输送机按钮（START），并逐渐增大螺旋输送机的转速（右旋SPEED旋钮）。

D.按下推进按钮（ADVANCE）

根据VMT屏幕上指示的盾构机姿态调整五组油缸的压力至适当的值，并逐渐增大推进系统的整体推进速度（ADVANCE SPEED）。

E.至此盾构机开始掘进

（6）土仓压力调整

A.如果开挖地层自稳定性较好采用敞开式掘进，则不用调整压力，以较大开挖速度为原则。

B.如果开挖地层有一定的自稳性而采用半敞开式掘进，则注意调节螺旋输送机的转速，使土仓内保持一定的渣土量，一般保持2/3 左右的渣土。可以通过观察面板上土压传感器值，1号压力可以为0，2，3号压力值稍大于0，4，5号压力值为1bar 左右即可。

C.如果开挖地层稳定性不好或有较大的地下水时，需采用土压平衡模式（即EPB 模式）。此时需根据前面地层的不同来保持不同的渣仓压力，具体压力值应由土木工程师决定。但最大土仓压力值一定不能大于3bar，否则有可能损坏主轴承密封。

D.若压力大时可以采取以下几个措施来降低压力：①加快螺旋输送机的转速，增加出渣速度，降低渣仓内渣土的高度；②适当降低推进油缸的推力；③降低泡沫和空气的注入量；④适当的排出一定量的空气或水。

E.若压力小时可以采取以下几个措施来增大压力：①降低螺旋输送机的转速，降低出渣速度，增加渣仓内渣土的高度；②适当增大推进油缸的推力；③增大泡沫和空气的注入量。

F.增大或降低土仓内的压力是能过几种办法的综合运用来调整的，调节时要综合考虑几种方法对盾构施工的影响，如考虑到掘进的速度、对管片的保护以及是否能发生喷涌等因素。一般情况下有以下几种影响：

1）长时间降低螺旋输送机的转速可能会使开挖速度下降。

2）过量注入泡沫来保压及空气不但不够经济，而且有可能发生喷涌；过少则可能造成刀盘扭矩增加。

3）推进系统推力过大有可能破坏管片，造成裂纹或变形；推进系统推力太小则无法掘进。

（7）推进方向的调整

1）盾构方向的调节是通过推进系统几组油缸的不同压力来进行调节的。一般的调节的原则是：使盾构的掘进方向趋向隧道的理论中心线方向。

2）调节盾构推进油缸每组压力对盾构掘进方向的影响一般是：当盾构油缸左侧压力大于右侧时，盾构姿态自左向右摆；当上侧压力大于下侧压力时，盾构姿态自上向下摆；依次类推即可调整盾构的姿态。

3）为了保证盾构的铰接密封、盾尾密封工作良好，同时也为了保证隧道管片不受破坏，盾构在调向的过程中不能有太大的趋势，一般在VMT上显示的任一趋势值（trend）不应大于10。

4）当盾构处于水平线路掘进时，应使盾构保持稍向上的掘进姿态，以纠正盾构因自重而产生的低头现象。

5）通常盾尾位置每循环调节量不大于10mm。

（8）盾构自转的调整

为了保证盾构在推进过程中正确的受力状态，盾构不能有太大的自转，一般不能大于VMT上显示的转动值（rotate）10。通过调整盾构刀盘的转向可以调整盾构的自转。改变盾构刀盘转向按以下操作：按停止按钮（STOP）停止掘进，将刀盘转速旋钮调至最小，重新选择刀盘转向，按开始按钮（START），并逐渐增大刀盘转速即可。

（9）当刀盘扭矩过大时可以采取的措施

适当加大泡沫注入量，适当降低推进油缸推力，适当降低刀盘的转速等。

（10）铰接缸操作

铰接缸的作用是为了盾构能够很好地适应盾构的蛇行前进，特别是为了盾构更好地适应曲线掘进。当旋钮在PULL 位时盾尾缩回，当处于HOLD位时铰接油缸处于锁定位，当处于RELEASE 位时，铰接油缸处于浮动位，此时盾尾能根据前盾和管片的位置自动调整姿态。

（11）其他辅助措施的操作

A.仿形刀的操作

当盾构在转弯半径较小的曲线上掘进时，有时会用到仿形刀进行辅助掘进。仿形刀可以根据工业电脑的设定实现在一定的角度伸出并在一定的角度缩回。具体的数值应由土木工程师来确定。当需要使用仿形刀时，首先启动仿形刀油泵，然后选择仿形刀控制旋钮到自动位（AUTOMATIC），仿形刀即可按照预先设定的值进行工作。当需要停止时需先选取择到手动位（MANNUL），把仿形刀缩回，然后再停止仿形刀油泵。

B.稳定器的操作

当盾构在较硬的地层中掘进，盾构自转趋势比较严重，或盾构本身震动比较严重时，则需要稳定器来辅助掘进。这时只需在掘进时同时伸出左右两个稳定器即可。当不用时把稳定器缩回。

C.泡沫系统的操作

泡沫系统一般有三种操作模式，即自动（AUTOMATIC）、半自动（SIMI）、手动（MANNUL），当各种条件都比较理想时可以采用自动模式，否则就要采用半自动或手动模式。根据实际情况，一般采用半自动或手动模式。此时操作司机根据盾构机综合参数如刀盘扭矩、土仓压力及出渣情况等，依据个人的经验对泡沫剂（LIQU ID）或空气（AIR）的流量进行手动调节，一般按“+”钮增大流量，按“-”钮减小流量。当掘进结束时按停止钮停止泡沫系统。

D.膨润土系统的操作

膨润土的作用也是为了改善渣土的特性，使其更利于掘进和出渣。当需要使用膨润土时，首先要在洞外将膨润土搅拌好并输送取洞内的膨润土罐内，然后启动搅拌泵和输送泵，并调整膨润土的泵送流量即可。停止输送时直接停止输送泵，但当罐内还有膨润土时一般不要停止搅拌泵。

E.盾尾油脂密封阀的手动操作

当盾尾油脂密封在手动位时，可以按下每个位置的注脂按钮来进行手动注脂，这个功能主要用于对盾尾油脂密封阀检修或自动功能暂时出现故障时应用。

（12）掘进过程中

1）在盾构机的掘进过程中，应有一名司机随时注意巡检盾构机的各种设备状态，如泵站噪声情况、液压系统管路连接有否松动及是否有渗漏油、油脂及泡沫系统原料是否充足、轨道是否畅通、注浆是否正常等。操作室内主司机应时刻监视螺旋输送机出口的出渣情况，根据VMT调整盾构的姿态，发现问题立即采用相应的措施。

2）掘进过程中主司机必须严格按照要求记录相关部门规定的各种数据表格，以及详细的故障及故障处理办法。

（13）掘进结束

当掘进结束时，按以下顺序停止掘进：

1）逐步降低螺旋输送机的转速至零，停止螺旋输送机；

2）关闭螺旋输送机后渣门；

3）停止推进系统；

4）停止皮带机；

5）若刀盘驱动压力较大，则可持续转动刀盘适当地搅拌土仓内渣土，当驱动压力降低至一定程度时减小刀盘转速至零，并停止刀盘转动，这样利于下次刀盘启动时扭矩不至于太大；

6）若马上准备安装管片，则按下管片安装按钮（SEGMENTPLACING）；

7）依次停止主驱动泵、补油泵、螺旋输送机泵、控制泵、仿形刀油泵、油脂密封系统、齿轮油泵、泡沫系统；

8）若马上安装管片，可以暂不关闭推进系统油泵和辅助油泵，否则关闭之；

9）通知有关人员进行下一工序的工作。

（14）盾构操作要求

1）盾构操作必须一切从保证工程质量的要求为出发点，充分保证隧道的衬砌质量，保证线路方向的正确性，并且尽量减小因盾构施工而引起的地面下沉。所以必须做到：注浆不能保证时不能掘进；没有方向量测时不能掘进；严格执行土木工程师提出的土压指令，对掘进中的出土量突现异常时要马上报告；有问题及时提出。特别当盾构处于土压平衡或半敞开式掘进时要严格控制盾构的出土量。

2）盾构操作要充分合理地应用盾构的各种功能，严禁为了赶进度而拼设备；要严格执行盾构说明书上的各种安全操作要求，严格遵守机械工程师提出的参数指令。

3）操作人员操作期间必须集中精力，不得与他人嬉戏、聊天。

4）非操作人员严禁操作盾构。

（15）掘进报告的填写

为了积累盾构施工经验，更好地进行盾构施工的总结，以及留下必要的施工考证依据，在盾构施工的过程中必须严格按照要求填写掘进报告。对于简单的停机可以在掘进报告的给定位置简单说明，对于长时间影响掘进的故障或事故，必须另外记录清楚。对于在掘进过程中发生的任何设备故障都应该有详细的记录。