简述电气工程及其自动化在地铁隧道施工中的运用

简述电气工程及其自动化在地铁隧道施工中的运用

王洋

河南漯河462600

摘要：随着社会的发展，大量的人口向城市迁移，交通拥堵的问题越来越严重。公共交通工具对解决这一问题起着重要作用，而城市地铁在在地下运行准时并且占用很少的地面空间对解决交通拥堵问题显得尤为重要。地铁隧道施工在城市地铁修建过程中是不可或缺的一环，而电气工程及其自动化在地铁隧道施工中起着重要作用。本篇论文主要对电气工程及其自动化在地铁隧道施工中进行了浅要的探讨与分析。

关键词：交通拥堵；公共交通；城市地铁；电气工程及其自动化；地铁隧道施工

地铁隧道施工常用的方法分为新奥工法、明挖回填、沉管法、钻爆法和盾构法。盾构法是以指盾构机在地下与始发井内及地面附属设备相结合挖掘隧道的一种施工方法，具有占空间小，既不影响地面交通及河流运输，又能减少对附近居民正常生活的影响；施工工序简洁；土方量少；施工受气候条件的影响小；在地质条件差、地下水位高的地方，有较高的技术经济优越性。电气工程及其自动化是盾构法施工的重要组成部分，使施工更加安全、高效、环保、易于管理。

1地铁隧道盾构法施工的概述

盾构施工法，即全断面隧道掘进隧道施工法，运用保压系统稳定开挖面，靠旋转刀盘，通过刀盘上的刀具切割地层，将切割下来的渣土运输到指定位置，使用液压推进系统推进盾构机前行，在盾构机内部进行衬砌从而使隧道全断面一次成型的隧道施工方法。地铁隧道盾构法施工中主要运用有土压盾构法和泥水盾构法，两种均以其高效、安全、环保等优点，已被广泛用在城市地铁修领域。在盾构施工法中用到的用电设备有盾构机、电机车、通风机、排水系统、龙门吊、冷却站、污水处理设备等。

2电气工程及其自动化的概述

电气工程及其自动化涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术，信息与网络控制技术，机电一体化技术等诸多领域，其主要特点是强弱电结合，机电结合，软硬件结合，电工技术与电子技术相结合，元件与系统相结合。主要内容有电路原理、电力系统自动化、电力系统继电保护、模拟电子技术基础、数字电子技术基础、电机学、高电压技术、电力系统分析、电磁场与电磁波、单片机技术、发电厂电气部分、工厂供电、电机与电力拖动基础、电力电子技术、自动控制原理、计算机控制系统、系统工程导论、微机原理及接口技术、控制理论、电力工程基础、嵌入式系统与单片机、PLC原理及应用、电力传动技术、电力系统保护与控制。

3电气工程及其自动化在盾构法施工中的应用

3.1PLC技术概述及在盾构法施工中的运用

可编程式逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC），是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。可编程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。可编程式控制器由内部CPU，指令及资料记忆体、输入输出单元、电源模组、数位类比等单元所模组化组合成。PLC可输入及输出多种型态的电气或电子讯号，并用来控制或监督几乎所有种类的机械与电气系统。

随着微电子技术和计算机技术的发展，PLC的处理速度也随之加快，控制功能更加全面，不仅可以进行开关量的逻辑控制，还可以控制模拟量，具有数据处理、PID控制和数据通信功能。通过与电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术相结合，PLC在通信能力以及控制领域等方面有新的技术突破，逐渐向电气控制、仪表控制一体化和网络化发展。

中铁号盾构机一般以西门子S7PLC系统为控制系统的核心。PLC通过网线与工业计算机相连接，通过电力电缆、继电器等与盾构机上的传感器、流量计、电磁阀相连接。工业计算机实时显示当前传感器及流量计的数值，从而显示当前盾构机的状态。与工控技术、电机与电力拖动、液压及机械技术等相结合，通过工业电脑控制电磁阀、接触器、电动机等动作，从而操控盾构机。通过交换机、光端机、网线、光纤、计算机等将PLC内的数据上传到Internet，运用网络技术从而可以远程监视并控制盾构机工作。在以色列特拉维夫轻轨红线盾构西标段施工时，考虑到场地小，盾构机采用分体始发，本标段的PLC控制系统以拖车及控制对象为依据，采用分布式I/O控制。此种控制方式可有效的减少拖车之间的线缆的连接，在盾构分体始发时减少延长线缆的数量，同时，降低设备的电气故障率，并能一定程度上减少设备拆装机的时间，间接的降低项目的施工成本和时间。

3.2供配电系统概述及在盾构法施工中的运用

供应及输送给用电设备的系统构成供电系统，由电源系统产生电能并由输配电系统供应和输送给用电设备。电力供电系统可分为TN，IT，TT，其中TN系统又分为TN-C，TN-S，TN-C-S三种。

盾构法施工的供电系统包括高压和低压两部分。外部高压供电电压等级为22KV，经过两台5000KVA变压器、高压交流断路器等转变为10KV分别为现场4台盾构机供电。盾构机掘进过程中通过高压电缆卷筒实现电缆的延伸及供电，经过高压开关柜到两台油浸式变压器电压。一台变压器将电压从AC10KV转变为AC690V，通过变频器控制柜控制8台主驱电动机从而驱动刀盘运转；一台变压器将电压从AC10KV转变为AC400V为盾构机上螺旋输送机、推进泵电机、管片安装机、管片吊机等其他设备供电。盾构机其他配套设备供电是由一台1000KVA和一台1500KVA的变压器将电压从AC22KV转变为AC400V提供的。其他设备包括隧道内照明设备、消防、视频等（由配电柜分配供电），始发井内通风机（由西门子变频器控制运行）、紧急排水泵（由星三角启动柜控制）、紧急升降电梯、超级电容充电机（由IGBT构成可以20分钟左右充满电，供55T电容机车满载行驶3Km）等，地面上监控及办公用电（由配电盒供电）、双液浆系统（由配电柜供电，通过三菱PLC及变频器等控制浆液的输送供给）及污水处理设备（由电机及液压系统控制）等。供电系统就是由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统。施工过程中，因情况复杂多变，且正常时PE线不通过负荷电流，与PE线相连的电气设备金属外壳在正常运行时不带电，TN-S供电既方便又安全，故采用TN-S系统。

结束语

随着社会的不断进步和发展，电气工程及自动化通过与其他结束的相结合也将不断完善。通过对电气工程及自动化在地铁隧道施工中应用的分析研究，为地铁隧道施工的环境保护、安全管理、降低成本及可持续发展做出更大的贡献。

参考文献

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