1盾概況
北京地鐵4號線頤和園至圓明園區間隧道施工采用日本小松公司生產的鉸接式土壓平衡盾構。將穿越礫石復合地層，推進距離約1.5km，盾構主要參數為:直徑:ф6140mm；長度:8570mm推進速度:0 ~ 8.5厘米/分鐘；總推力:37730kN。鉸接式EPB盾構主要部件的功能和特點如下:
(1)刀盤由9個刀盤電機驅動，再由5個變頻器控制，實現刀盤速度的選擇和切換。刀盤速度有五檔，分別是0.5、0.7、1.1、1.6、2.2r/min。
(2)螺旋機由1液壓馬達驅動，可通過比例閥進行無級調速，螺旋機調速範圍為0~25r/min。
(3)螺旋機具有伸縮功能。維修時，可將螺旋機軸收回，關閉前面兩個螺旋機閘門，使螺旋機與泥漿倉完全隔離。
(4)推進系統由推進泵驅動，22個推進千斤頂分四個區，油壓由比例閥調節控制，以調節推進速度。
(5)在鉸接系統中，鉸接泵驅動四個鉸接千斤頂進行上下左右旋轉和完全伸縮，以調整盾構的推進姿態。
(6)組裝旋轉門和螺旋門的液壓泵有1個，分別用於組裝/推進狀態。
(7)帶式輸送機運行前，報警5s，方可正式投入運行。帶式輸送機兩側設有拉繩式急停按鈕，可緊急停止帶式輸送機。
(8)盾尾潤滑脂前後兩個密封，1盾尾潤滑脂每個密封泵分6點註入。
(9)有兩臺集中潤滑油脂泵(以下簡稱油脂泵)，分別在連續和間歇工作狀態下註入油脂。
(10)有1臺稀油潤滑循環泵(簡稱循環泵)用於潤滑油加註。
(11)使用兩臺泥漿泵通過變頻器調節泥漿添加流量。向土槽中加入泥漿。
(12)由註漿泵和攪拌機組成的註漿系統可用於單次註漿，並具有清洗管道的功能。
(13)有1個泡沫裝置，可以向盾構前方的土體中註入泡沫。
2盾構測控系統
2.1盾構控制系統
盾構控制系統主要由PLC可編程控制器和顯示操作終端組成。PLC采用主從式結構，有1主站和2從站，另有壹套灌漿PLC。
PLC可編程控制器采用日本三菱公司生產的Ans系列產品。該屏蔽中使用的A2USHCPU組件是世界上最先進的小型化PLCCPU之壹。它采用三菱順序控制處理器(MSP)，這使得它在速度和功能上可以與許多大型和更昂貴的PLC相媲美。
PLC主站位於控制臺中。主CPU型號為A2USHCPU-S1，三個顯示操作終端編號為GC1、GC2、GC7。其中，GC1和GC2分別操作屏蔽設備，互為備用。另壹臺GC7操作泥漿添加設備。
1#從站位於屏蔽內，有三個顯示操作終端，編號為GC3~5。其中GC3和GC4操作盾構千斤頂，GC5遠程操作灌漿。2#從站位於2#框架內，配有1顯示操作終端(俗稱觸摸屏)，編號為GC6，操作灌漿設備。
主站通過兩個並行電纜環路(雙環網絡)與1#和2#從站相連。系統采用高速可靠的數據通信，即MELSECNET/ⅱ數據通信系統，采用兩個並行的電纜回路連接PLC站，其中壹個稱為正向回路(或主回路)，另壹個稱為反向回路(或次級回路)。當主回路中的電纜斷裂時，通信自動切換到輔助回路，繼續進行數據通信。如果兩個回路都中斷或斷開，除了中斷的PLC之外，連接的站將繼續通信。
灌漿PLC獨立於PLC系統，型號為FX1N-40MR。它通過I/O口與PLC主站交換信號。
PLC配有開關量輸入/輸出組件、模擬量輸入/輸出組件、通信接口組件和計算機通信組件。詳見表1PLC配置表。
2.2姿態測控系統
盾構姿態測控系統由盾構和地面組成。屏蔽部分主要由全站儀、棱鏡、測量接口、控制單元、計算機(顯示器)等設備組成。地面部分主要由計算機(顯示器)和集線器組成，屏蔽和地面部分通過壹對兆位調制解調器(SDSL)連接。參見圖2。
該系統通過高精度測量儀器和專用軟件實現盾構姿態的自動測量，並可獲得如下實時數據信息:
(1)後視點、測站的坐標和登錄名；
(2)測量目標的數據；
(3)測量盾構俯角和旋轉角時；
(4)盾構前後坐標值、方位角偏差等計算結果。
在盾構中，全站儀測得的姿態信號和PLC獲得的盾構施工信號在測量接口單元中集成，在盾構計算機顯示器上顯示，並發送到地面計算機。
2.3檢測系統
根據盾構測控系統的要求，配置基本檢測儀表，檢測的模擬信號包括:土倉土壓、推進千斤頂油壓、行程和速度、四區油壓、螺旋機油壓、轉速、鉸接式千斤頂行程、刀盤變頻器輸出功率、刀盤密封溫度、螺旋機閘門開度、註漿壓力、註漿筒漿液液位、泡沫壓力、加泥壓力、加泥流量、盾構坡度和角度。有40多組傳感器(變送器)* * *，如表2所示。
此外，超過60個極限和超過10個壓力繼電器被配置用於檢測開關信號。主要檢測組裝機旋轉的左/右極限狀態、組裝機電纜盤的左/右極限狀態、螺旋機的伸縮狀態、螺旋機閘門的開閉狀態、空氣閥、灌泥閥、灌漿閥、盾尾密封閥的開閉狀態、集中潤滑的潤滑脂位、盾尾的潤滑脂位等。，集中潤滑油脂泵及管道壓力高/低，盾尾密封油壓高或低。
2.4屏蔽控制和操作
2.4.1屏蔽控制
盾構的主要控制有:土壓平衡控制、順序控制和邏輯控制。
①土壓力平衡控制是盾構機的主要控制。當土倉內的土壓力由於前面土的擾動而發生變化時，它與設定值之間會產生壹個偏差值。通過自動控制螺旋機的轉速來調節土方產量，從而使土倉內的土壓力達到設定值的動態平衡，從而減小偏差值。
(2)順序控制是在推進狀態下，結合時序、邏輯等控制條件，使推進設備按正常工作順序運行:冷卻泵運行→潤滑泵運行→刀盤轉動→螺旋閘門開啟→皮帶機轉動→螺旋機轉動→推進千斤頂動作。不按順序操作將不能使防護罩正常工作。
(3)邏輯控制是屏蔽按照特定的邏輯關系對各個設備進行的控制。例如，在推進時，如果刀盤扭矩過載或螺旋機反轉，或推進速度過快或土壓力超過上限，推進千斤頂的伸出動作將根據邏輯條件停止。再如鉸鏈泵正常運轉，刀盤正常轉動，鉸鏈角度在正常範圍內時，鉸鏈必須由上下左右轉動，全伸全縮控制。當某個條件不存在時，鉸鏈控制立即結束。
聯鎖條件是盾構控制不可缺少的，盾構內所有設備都涉及聯鎖條件。比如電源反接，PLC通訊故障，所有設備都無法工作。有些設備的動作是互鎖的，比如前門打開和關閉時，無法控制螺旋機的伸縮和螺旋機挖開的門或組裝機的轉動，反之亦然。這些聯鎖條件在任何情況下都不能解除，但有些設備可以通過解除異常情況下的聯鎖來獨立控制。例如，如果通過釋放聯鎖裝置來停止刀頭，則可以獨立控制帶式輸送機或螺旋機的運行。
盾構機的操作
通過按鈕和旋鈕，可以操作刀盤、螺旋機、皮帶機的運行和停止，刀盤速度的選擇，推進千斤頂的選擇和伸縮，螺旋機閘門的開啟和關閉。而其他很多操作都是在觸摸屏上完成的。
控制臺上有上下排列的兩個觸摸屏。包括:運行顯示、檢測顯示、泵啟動、推進、輔助運行、其他設置、異常顯示等。通常上觸摸屏只能操作部分顯示畫面，下觸摸屏只能操作部分操作畫面。當觸摸屏出現故障時，您可以將故障屏幕切換到正常屏幕，並且您可以操作所有屏幕。
①“運行顯示”畫面:主要顯示各種設備的狀態，如刀盤電機、推進泵、螺旋機、皮帶機、尾脂泵、裝配平移泵的運行狀態；後門、前門和人行門的打開/關閉狀態、螺旋千斤頂的伸展/收縮、推進條件的確認、異常狀態等。
②“檢查顯示”畫面:主要顯示設備和施工數據，如刀盤密封溫度、盾構姿態角、鉸鏈角度、推進行程、推力中心位置、四區推力、土壓、後閘門開度、刀盤速度和扭矩、推進速度和推力、螺旋機速度和油壓、刀盤轉數累計等。
③“泵啟動”畫面:主要操作推進、螺桿機、組裝、其它泵的啟動和停止，並顯示運行狀態。
④“推進”畫面:主要操作推進千斤頂的選擇、四個區域油壓的增減、千斤頂的同步設定、推進速度的切換等。，並顯示推力中心位置、四個區域的推力、總推力、千斤頂行程、推進速度等。，同其他操作指導說明。
⑤“輔助操作”畫面:主要操作鉸接系統和盾尾油脂系統設備，顯示這些設備的運行狀態。
⑥“其他設置”屏幕:由幾個子屏幕組成，可以設置系統和土壓力的參數。控制室還有兩個觸摸屏，壹個用於操作泥漿添加設備，另壹個用於操作灌漿設備。
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