地铁盾构设备状态故障与检测

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。文章通过分析地铁盾构设备状态故障与检测的意义，阐述了地铁盾构设备状态故障与检测关键技术，对地铁盾构设备常见故障与检测案例展开了探讨。

关键词：地铁建设；盾构设备；状态故障；故障检测；隧道工程 文献标识码：A

中图分类号：U451 文章编号：1009-2374（2016）25-0109-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.053

伴随社会经济的飞速发展，城市进程化发展逐步深入，盾构机在城市发展建设中应用愈加频繁，盾构机施工期间的故障问题应予以足够的重视。为了减少盾构机故障，促进盾构机的有序运行，务必要开展好盾构机的维护与保养工作。由此可见，对地铁盾构设备状态故障与检测开展研究有着十分重要的现实意义。

1 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。

2 地铁盾构设备状态故障与检测关键技术

盾构设备状态故障检测是一项十分复杂的系统工程，鉴于此，对故障检测系统提出了相对严苛的要求。要想实现对盾构设备状态故障予以有效检测，在对盾构设备状态故障进行检测期间，设备检测人员应当对对应检测技术形成一个明确的认识，唯有如此，方可迅速有效地实现对盾构设备状态故障的检测。地铁盾构设备状态故障与检测关键技术，具体而言：

2.1 建立知识库

就地铁盾构设备故障检测系统而言，可算得上是一个知识获取且对知识开展运用推理的步骤，鉴于此，建立知识库在盾构设备故障检测过程中扮演着十分重要的角色，务必要为设备故障诊断系统建立起一个知识充沛的知识库，进一步在对设备开展故障检测期间，方可明确选取何种适用的方法实现对故障设备的有效检测。为了开展好知识获取、知识库充实工作，设备检测人员应当认识到，即便设备检测效率受知识获取量很大程度影响，然而就部分相对复杂、多样的知识而言，检测人员应当要结合实际情况，懂得取舍；在设备检测期间，务必要选取尽可能适用的检测方法对地铁盾构设备故障开展检测处理，进而有效实现检测的目的。

2.2 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。

2.3 基于实时参数

以实时参数为基础的地铁盾构设备状态故障与检测，是借助不同传感器开展状态监控来实现的，传感器集成融合在现如今人们开展区域感知中发挥着极为重要的作用。在对地铁盾构设备开展故障检测期间，可依据传感器的特征，以对多源实时信息开展搜集，进一步构建起一套实时诊断推理体系，在对地铁盾构设备开展实时参数检测的过程中，只要在实时模拟量、开关量存在异常状况，在线检测系统便会将此类异常信号呈现在检测人员面前，由此检测人员便可检测此部分异常信号传输至推理机开展推理。倘若能够获取最终故障原因，则经由接口返回至检测人员，并提供相关应对方案，且依据推理路径给予恰当的推理分析。如果异常信号并非最终故障原因，那么系统可转至为综合隶属度为基础的模糊推理体系开展推理检测，通过两者之间的配合促进最终故障源的获取，有效地促进地铁盾构设备的安全有序

运行。

3 地铁盾构设备常见故障与检测案例

在盾构设备结构中，大多数结构均选取的是液压驱动，换言之，液压系统是盾构设备中极其重要的一部分。就一个完整的液压系统而言，组成成分有液压泵、控制元件、动力元件以及执行元件等。液压系统结构相对复杂，可算得上是盾构系统的心脏。因此，倘若液压系统出现异常情况，会对盾构设备运行构成不良影响，所以开展好盾构设备液压系统状态故障检测有着十分重要的意义。

3.1 液压泵故障机理

液压系统通过液压泵获取动力，本文以三菱盾构机开展案例分析，其使用的为斜盘式轴向柱塞泵。该结构相对复杂，运行期间会形成不同激励力形式，此部分激励力会产生振源。此类振源分别有：（1）轴承运动冲击；（2）缸体与配油盘相互接触面的摩擦；（3）由于活塞的往复运动将流体作为介质于配油盘上的冲击；（4）活塞、滑靴对回程盘的冲击；（5）滑靴对斜盘的冲击；（6）滑靴与斜盘接触面的摩擦。

此类振源对应含有的信息会经由柱塞泵介质朝外传输，其多以三种方式开展传输：（1）将金属元件用以介质，朝机座、壳体传输，产生机座、壳体异常振动；（2）将流体用以介质，朝压力油路中传输压力，产生油路系统的压力振摆、冲击；（3）将气体用以介质，朝空气中传输震动，形成噪音。

3.2 液压回路的故障机理

就三菱盾构设备液压系统而言，组成成分有液压泵、控制元件、执行元件、液压油等。作为一个封闭的闭环回路，液压系统较常出现的故障有：（1）压力异常导致液压系统故障，压力值不稳定，系统压力植失控或者系统失压；（2）油液清洁度不达标或者油温不正常导致液压系统故障；（3）受液压油缸运行异常影响，使得执行元件异常，从而导致液压系统故障；（4）液压系统外泄漏或者内泄漏导致液压系统故障。

3.3 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。于时域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。

4 结语

总而言之，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。

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作者简介：袁靖乙（1983-），男，河南漯河人，中铁十一局集团设备物资部工程师，研究方向：地铁盾构施工。

（责任编辑：小 燕）