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土压平衡式盾构机控制原理与参数设置土压平衡式盾构机（EPB）是一种广泛应用于软土地层隧道施工的机械设备，其核心控制原理是通过调节土仓内的压力来平衡掌子面的水土压力，从而确保开挖面的稳定性。以下是其控制原理与参数设置的简要介绍：
控制原理1.土仓压力平衡：EPB盾构通过向土仓内注入适量的渣土并维持一定的压力，使其与开挖面的水土压力相平衡，防止地面沉降或坍塌。2.螺旋输送机排土量控制：螺旋输送机的转速和闸门开度直接影响出土量，进而影响土仓内的压力。通过调节这些参数，可实现对土仓压力的动态控制。3.泡沫剂和膨润土改良：为提高渣土的流动性、止水性和可塑性，通常向土仓内注入泡沫剂或膨润土等改良材料，以优化掘进条件。4.推进系统控制：盾构机的千斤顶推力需根据地质条件调整，确保掘进速度与土仓压力之间的协调。
综上所述，土压平衡式盾构机的控制关键在于精确调节土仓压力、出土量及改良措施，以适应复杂多变的地质条件，确保施工安全和效率。
微分时间：根据偏差变化率de/dt 的大小，提前给出一个相应的调节动作db61t 1440-2021 陕西省公路预应力混凝土连续刚构桥施工技术规范，从而缩短了调节时间，可以克服因积分时间太长而使恢复滞后的缺点。
参数设置分为两步，第一步是在设备组装完毕，无负荷的状态下进行的一次调试，第二步是在掘进开始，土层稳定后，根据土层状况和操作习惯进行的微调。
1、无负荷调试
（1）比例系数P，首先不执行 I和D，I调至数值上限，D设定为 0,这样系统只执行比例动作P，变动土压目标值，制造约0.01 － 0.03Mpa 的系统偏差,接下来逐渐增大 P 值，使螺旋机转速逐渐增大，当 P 值上升到一定值时，螺旋机的旋转速度会出现大幅度地反复升降，即系统形成振荡，我们把出现振荡时P 值的 85% － 90% 设定为系统的比例系数。
（2）积分时间I，比例系数确定后，调节积分时间I，变动土压目标值，制造一个系统偏差，观察螺旋机回转速度以怎样的速度变化，继续加一定的偏差时，系统向偏差减小的方向增加或减小操作量，操作量的变化程度随积分时间I的变化而变化，此时可以根据操作人员的操作习惯来确定积分时间，一般来说，I在数值上为P值的70% 左右。
（3）微分时间D，在盾构机PID 控制中，管理对象是土仓内的土压，如果掘进速度一定，则土压与切削土量减排土量之差的时间累积成正比，另一方面，系统的控制对象是螺旋机转速，而螺旋机转速同单位时间的排土量成正比，这样从系统输入来看，系统的输出是以时间微分的形式使用，所以盾构机PID控制中可以不执行微分动作，把D值设置为0。
2、土层掘进时的调整
（1）过滤系数，进入土层后，如果腔内土压、螺旋机的输入信号在短周期内大幅振荡的话，可以慢慢增大过滤系数，在短周期内如果再次出现小的振荡，不需要再增大过滤系数，即使在长周期内出现较大幅度的振荡，也只需略微增大过滤系数。
（2）比例系数P，掘进中，把I值和D值固定，按每次0.5%的幅度调节P值，P值一变，控制整体的增益就发生变化，相对于同一土压偏差的操作量的大小也发生变化,观察螺旋机转速变化量，直到满意即可固定P值。
（3）积分时间I，与积分时间相对应的是操作量增减时的梯度，掘进中对现有I值不满意可以调整，固定P值和D值，如果希望操作量增加更快时，减小I值，反之增大I值，每次增减的幅度以1－3秒为宜，如果I值过小，可能会引起振荡，调整时注意掌握。
（4）微分时间，原则上，土压平衡式盾构机不需要设置微分时间，但有些大口径盾构机对偏差反应会比较迟钝，这种情况下，使用微分环节，可以改善盾构
机对偏差的初始反应，但D 值限于2ms 之间。
在盾构机各参数设定完毕，正常掘进以后，常见故障往往出现在外围设备之中，现简要说明设备各主要环节及常见故障处理。
1、刀盘电机，刀盘电机即驱动刀盘所用电机，单机功率一般在55KW左右,最常见的控制方式为PLC控制变频器，变频器拖动电动机，这一环节最易出现故障的就是变频器。变频器在布线时应考虑以下两点：
——变频器如果要长运行时，此时要采取措施抑制长对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这种情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
——电机应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样可以减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90°角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线0486.改造西桥桥至王洋桥段防洪堤与拦河坝施工组织设计方案，即使在控制柜中也要如此。
变频器常见故障有如下三点：
——过流故障：过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆路损坏，需要更换变频器。
——过载故障：过载故障包括变频过载和电机过载，可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。
——欠压：说明变频器电源输入部分有问题，需要查检主电源，排除故障后方可运行。
2、拼装机，拼装机是拼装管片之用，是由油泵通过电磁阀控制相应油缸来完成收缩、扩张、压紧等动作，这个环节最易出现故障的是电磁阀，在熟悉图纸的基础上，拼装机摇控器上哪个按键对应的动作没有反应，就查相应电磁阀及其相关电缆是否正常。另外摇控器受信头，由于使用频率很高预应力管桩施工组织设计方案，偶尔也会出现故障。
3、双梁电动葫芦，双梁电动葫芦的作用是将电机车运送进来的管片吊运至管片拼装机，这个环节最易出问题的是电缆，要经常检查电缆有无受拉损坏，滑环是否正常等，另外接触器因为频繁动作也是易损部件，出现问题时可作为重点排查对象。
综上所述，掌握了盾构机的基本控制原理和参数的设置要点，就可以根据土层情况及操作人员的操作习惯，逐渐把盾构机调试到最佳状态。关于盾构机常见故障，还需维修人员结合图纸，在工作中积累经验。