土压平衡盾构机的土压传感器用于实时检测泥土仓压力值，盾构机操作人员根据土压传感器反馈的数据，采取相应措施调整土仓压力，直至达到设定范围内，使土压平衡得以实现，从而使地表沉降得到有效控制。
    施工中若出现个别土压传感器输出数据波动较大或数据变化无常等现象，就会使土压判断更为困难。本文介绍土压传感器结构原理，并介绍1种简易的土压传感器检测装置，用以分析土压传感器是否存在故障。
 
    1．土压传感器结构及原理
    （1）组成
    盾构机通常采用应变式和压阻式土压传感器，压阻式土压传感器具有检测精度高、输出电流稳定及价格低廉等特点，被广泛应用于检测盾构机泥土仓的土压及螺旋输送器出土口流体的土压。目前海瑞克、中铁装备生产的盾构机均采用德国WIKA公司生产的S-10标准型压阻式压力传感器。该型传感器主要由电器检测系统总成、膜片、连接接头、检测头固定座、检测头活塞及。形密封圈等组成，如图1所示。

    （2）原理
    盾构机刀盘切削的土体进入泥土仓，土体接触安装在泥土仓壁上的土压传感器检测头活塞，给活塞施加一定的压力。该压力使活塞产生位移，使检测头固定座与连接接头组成密闭腔内的合成油压缩，合成油形成压力。合成油受压形成的压力作用在膜片上，使膜片产生的微小位移，与合成油压力成正比。膜片位移后，使电器检测系统总成内部电阻的阻值发生变化，当输入电压一定时，其电流就会发生变化。变化的电流值转换为泥土仓或螺旋输送器出土口土压的电流信号。
    S-10型压阻式土压传感器膜片有不锈钢或陶瓷2种材料，可测量土压的过程压力、绝对压力和静止压力，且非常灵敏，测量范围为0～0.6MPa、测得的压力可以被转换成4～20mA电流或0～10V电压信号。当向土压传感器输入24V直流电压时，根据所测部位实际上压值，输出电流为4～20mA。
    将模拟量电流信号输入盾构机控制器（PLC），经控制器（PLC）处理，转换成能在工控机显示的土压值信号，盾构机操作人员便可掌握泥土仓土体压力值的实时数据。图2所示为2线制土压传感器工作原理。
 
    2．制做简易检测装置的必要性
    土压传感器作为检测元件，其检测精度直接影响施工安全。为此，发生以下3种情况时，应对土压传感器进行检测：一是在施工时修复或更换土压传感器难度及安全风险较大，施工单位通常在盾构机投入使用前对上压传感器进行检测，以确定其是否能继续使用；二是土压传感器使用一段时间后精度出现偏差，应进行校核；三是土压传感器维修后必须进行检测。

    大多数施工单位没有相应的检测仪器或不具备检测能力，只得委托其他单位进行检测，由此造成检测成本较高，且委托其他单位检测，无法获知土压传感器到底存在那些故障，不利于土压传感器的检修。为此我们结合工程实践及施工单位现场条件，设计制做了1套简易的土压传感器检测装置。
    3．简易土压传感器检测装置
      （1）结构
    该简易土压传感器检测装置由密封套筒、压缩空气快速接头、连接螺栓、O形密封圈、气路和电路等组成，如图3所示。

    密封套筒通过连接螺栓将密封套筒固定在盾构机自带土压传感器固定装置上。O形密封圈能起到密封作用，可使土压传感器前端形成密封的气室。快速接头可将压缩空气接入该密封气室。
    气路检测土压传感器时需接入压缩空气，所用压缩空气可调节气压，以模拟土体作用于土压传感器的作用效果。该气路包括空气压缩机、储气罐、通气球阀、过滤器、减压阀、压力表、油水分离器、排气阀等，如图4所示。

    电路将24V直流电源、电流表串接在土压传感器上，即可测量土压传感器在不同压力下的电流值。因土压传感器本身具有一定的电阻值，不需再串联电阻保护电流表。而若加入附加电阻，将不能保证土压传感器承受0～0.6MPa压力时，输出电流为4～20mA。

[1] [2]  下一页