地铁盾构SAMSON保压系统离线检测的应用

赵军军

（中铁一局城轨公司掘进设备技术中心，江苏无锡 214104）

1 SAMSON保压系统概述

地铁盾构设备SAMSON（萨姆森）保压系统的作用是提供稳定开挖仓的压力（泥水盾构同理，用于稳定气垫仓压力，间接控制泥水开挖仓压力），而开挖仓压力则直接关系到掌子面的稳定，是地铁盾构安全施工的重要因素，因此SAMSON保压系统性能的好坏就显得尤为重要。

SAMSON保压系统主要由3421型气动控制器、3814型气动变送器、调节阀3241及3999-0090空气单元构成，地铁盾构施工时由掌子面、开挖仓及SAMSON保压系统形成密封循环回路，可直观检测其性能状态，而施工结束后因开挖仓敞开无法形成密封腔室，SAMSON系统在盾构设备上无法启动工作，导致其性能好坏无法检测，因此如何实现离线状态下SAMSON系统检测为本论文的研究方向。

2 SAMSON保压系统离线检测研究

要实现SAMSON系统检测，在原盾构设备实现技术难度低，但实施难度大——实现常规盾构6.25 m直径圆柱面封堵，且当前盾构市场直径多样，局限性太大，明显此法不可取；通过分析其工作原理，研究设计离线检测台模拟其工况，实现其性能动作测试。

设计储气罐模拟开挖仓；设计气动变送器安装接口，提供气压采集通道；设计气动调节器安装法兰，用于调节器安装及工业空气通断控制；设计气动控制器平台，用于固定控制器。空气压缩机、气动控制器1和用于模拟盾构开挖仓的储气罐，储气罐通过气路1与气动控制器1相连接，气路1上靠近储气罐的位置设置有气压调节器1，气路1上且位于气压调节器1与储气罐之间设置有气压变送器1，气路1上沿气压调节器1朝向气动控制器1的方向依次设置有截断阀1、截断阀2、调压阀1和调压阀2，空气压缩机通过气路2与气路1相连接且气路2与气路1的连接点位于截断阀1和截断阀2之间，气路1上连接有气路3，气路3的一端与气路1的连接点位于调压阀1和调压阀2之间，气路3的另一端与气压调节器1相连接，气动控制器1与气压变送器1之间设置有气路4和用于将储气罐内部气压信号反馈给气动控制器1的反馈管路1，气路4的一端与气路1相连接且气路4与气路1的连接点位于调压阀2与气动控制器1之间，气路4的另一端与气压变送器1相连接，反馈管路1的一端与气压变送器1相连接，反馈管路1的另一端与气动控制器1相连接，气压调节器1与气动控制器1之间设置有用于向气压调节器1传输控制信号的控制管路1，控制管路1的一端与气动控制器1连接，控制管路1的另一端与气压调节器1相连接。

气动控制器2、储气罐与气动控制器2之间设置有气路5，气路5上靠近储气罐的位置设置有气压调节器2，气路5上且位于气压调节器2与储气罐之间设置有气压变送器2，气路5上沿气压调节器2朝向气动控制器2的方向依次设置有截断阀4、截断阀5、调压阀3和调压阀4，气路5通过气路6与气路2相连接且气路6与气路5的连接点位于截断阀4和截断阀5之间，气路5上连接有气路7，气路7的一端与气路5的连接点位于调压阀3和调压阀4之间，气路7的另一端与气压调节器2相连接，气动控制器2与气压变送器2之间设置有气路8和用于将储气罐内部气压信号反馈给气动控制器2的反馈管路2，气路8的一端与气路5相连接且气路5与气路8的连接点位于调压阀4与气动控制器2之间，气路8的另一端与气压变送器2相连接，反馈管路2的一端与气压变送器2相连接，反馈管路2的另一端与气动控制器2相连接，气压调节器2与气动控制器2之间设置有用于向气压调节器2传输控制信号的控制管路2，控制管路2的一端与气动控制器2相连接，控制管路2的另一端与气压调节器2相连接。

气路1上且位于截断阀2与调压阀1之间设置有空气过滤器1，气路1上且位于调压阀1和调压阀2之间设置有空气过滤器2；气路5上且位于截断阀5与调压阀3之间设置有空气过滤器3，气路5上且位于调压阀3和调压阀4之间设置有空气过滤器4。储气罐上设置有用于观测储气罐内部气压的压力表1，气路1上设置有压力表2和压力表3，压力表2位于空气过滤器1与调压阀1之间，压力表3位于气路4和气路1的连接点与调压阀2之间；气路5上设置有压力表4和压力表5，压力表4位于空气过滤器3与调压阀3之间，压力表4位于气路8和气路5的连接点与调压阀4之间。储气罐的一端设置有排气阀，储气罐的另一端设置有用于模拟盾构开挖仓玻璃舱门的玻璃试件。储气罐上设置有用于将储气罐内的水排出的排水阀。截断阀1、截断阀2、截断阀4和截断阀5均为球阀。SAMSON系统离线检测台原理见图1。

3 SAMSON保压系统离线检测应用

检测时，打开截断阀1、截断阀2和截断阀3，高压空气从空气压缩机内并经气路2进入气路1，此时，高压空气分作2路，一路高压空气向左并通过截断阀1，但气压调节器1为常闭型气压调节器，于是流向截断阀1的高压空气被阻挡；另一路高压空气经调压阀1后，将高压空气的压力调节至0.4 MPa（4 bar），此时，该压力为0.4 MPa的空气又分成两路，其中一路压力为0.4 MPa的空气经气路3进入气压调节器1，另一路压力为0.4 MPa的空气经调压阀2将高压空气的压力调节至0.14 MPa（1.4 bar）后又分成两路，其中一路压力为0.14 MPa的空气直接进入气动控制器1内，另一路压力为0.14 MPa的空气经气路4进入气压变送器1，气压变送器1将采集到的储气罐内部压力与0.14 MPa气动压力转变成一个标准信号并通过反馈管路1，反馈到气动控制器1，气动控制器1通过分析运算后与设定值比较，从而通过控制管路1给气压调节器1输出一个控制信号，进而控制气压调节器1的开合，此时，高压空气从空气压缩机经气路2、截断阀1、气压调节器1和气压变送器1进入储气罐内，当储气罐压力＜设定值时，气压调节器1在控制信号的作用下打开给储气罐充气，当储气罐压力=设定值时，气压调节器1自动关闭，维持一个动态平衡，最终保证储气罐压力在设定值范围内微小波动。储气罐压力大小可通过排气阀手动控制，模仿开挖仓泄漏，借助该模拟系统模拟盾构开挖仓保压系统，可以对保压系统进行检测及调试。

通过设置气动控制器2、气压变送器2和气压调节器2、气路5、气路6、气路7、反馈管路2和控制管路2，同上理可实现检测及调试，为模拟保压系统提供了一种补充，也是提高了一种备份方案。

4 总结与效果检查

通过设置储气罐、气压调节器1、气压变送器1、气动控制器1、气路1～4、反馈管路1和控制管路1，从而对盾构开挖仓的保压系统进行模拟，对开挖仓、开挖仓气体损失、气压变送器比例变送，控件合理安装及管路连接，进行提前检测、故障判断和调试，彻底解决了工地应急采购成本高，货期长（7～8周）影响施工进度的难题，其使用方便，使用效果好。

5 结语

本检测台结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，使用寿命长，能够对开挖仓、开挖仓气体损失、气压变送器比例变送、控件合理安装及管路连接，进行提前检测、故障判断和调试，且其使用方便、节约了成本，便于推广使用。