盾构机泥水环流系统原理和故障排除

全长10.8 km的广深港客运专线狮子洋隧道，分为左、右2条隧道，是我国在建最长、建设标准最高的海底铁路隧道。该隧道使用沈重设计生产的直径11.182 m的4台气垫式泥水加压平衡盾构机（以下简称盾构机），采取相向掘进、海底对接、洞内拆机的施工方法。盾构机在掘进过程中产生的渣土依靠泥水环流系统向外输出。

盾构机

1.泥水环流系统原理和功用

泥水环流系统的工作原理：进浆泵将膨润土泥浆从泥水处理站泵入掌子面，掌子面存在一定工作压力，使膨润土泥浆嵌入到土颗粒间的缝隙里，形成一层“泥膜”，起到稳定土层和改善地层渗水性的作用。刀盘切削下来的渣土在开挖室与浆液混合，通过排浆管道排出，送到泥水处理站将渣土与泥浆分离，并实现泥浆循环利用。该盾构机配置7台功率为340～545 kW的德国沃曼变频控制中继接力泥浆泵，由盾构机的PLC系统实行远程控制。

泥水环流系统除了进行浆液输送及排渣外，还有一个重要功能是隧道内排污。因本工程埋深大，地下水系发达，隧道距离长，排除污水是一个非常重要的环节，一旦泥水环流系统长时间出现故障，势必酿成水淹盾构机的重大事故。泥水环流系统由进浆泵（P1.1、P1.2）、排浆泵（P2.1、P2.2 、P2.3、P2.4、 P3）组成，如图1所示。每台泥浆泵配备了变压器、高压单元、变频器、局部的PLC控制器、隔离门、连接电缆和管道等部件组成泥浆泵站。

为了防止因局部管道泥浆压力过高而导致爆管发生，PLC程序设置了泥浆泵站之间的互锁关系，即必须保证每个泵站都无故障，才能正常操作泥水环流系统。因此若其中1台泵站发生故障，其他泥浆泵站都无法启动，这就要求泥水环流系统每个泵站的运行时刻保持安全、完好，这是控制开仓换刀风险的先决条件。

图1

2.泥浆泵站的故障类型

由于泥浆泵站长期运转及工作介质的特殊性，其故障较多，主要分为3类。

(1) 机械故障

如减速器、联轴器损坏及泵壳、叶轮等部件磨损引起的故障，此类故障易判断，故障诊断相对容易。

(2) 电气故障

如电动机、变压器、变频器、各种电气模块、PLC程序等故障，此类故障需电气技术强的专业人员进行故障排查及处理，故障不易诊断。

(3) 光纤通信故障

由于采用的是光纤传递控制信号，一旦光纤通信故障，将导致泵站无信号，从而不能实现远程控制。此类故障难于诊断且需专业人员解决。

由于泥浆泵站第2、3类故障难于诊断及处理，本文所述均为第2、3类故障的排除方法。