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盾构机内部空间密闭狭窄，电气设备密集，液压油管路遍布，且存在高温作业区域，属于典型的火灾高风险环境。该系统通常采用全淹没式或局部重点保护相结合的设计思路。其核心灭火介质常选择清洁气体灭火剂，如七氟丙烷或惰性气体混合气（IG-541），也可根据具体设计采用高压细水雾系统。
该系统的工作原理分为探测、报警与灭火三个阶段。火灾探测是首要环节，系统在盾构机关键部位布设多种探测器。感温探测器监测设备异常升温，感烟探测器感知烟雾颗粒，火焰探测器（如红外/紫外型）用于快速响应明火。当任何一种探测器被触发，信号将传输至位于盾构机操作室或隧道口控制站的火警报警控制器。
控制器接收到火警信号后，立即启动声光报警装置，提醒区域内人员疏散。系统会设定一个短暂的延时（通常为0-30秒可调），在延时结束后，若未接收到手动中断指令，控制器将自动输出启动信号。该信号驱动对应防护区的气体灭火剂钢瓶组上的电磁驱动装置，开启容器阀和选择阀，使灭火剂通过预先铺设的管网和喷头，迅速喷放到发生火灾的防护空间内。
一套完整的盾构机灭火系统通常由以下几个主要部分构成。首先是灭火剂储存装置，包括高压钢瓶、瓶头阀、驱动气体瓶及连接管路。其次是探测与控制系统，包括各类探测器、火灾报警控制器、手动启动/停止按钮、状态指示灯及紧急释放装置。第三是管网与喷放装置，包括不锈钢管道、阀门、喷嘴及其支架。最后是辅助设备，如警铃、放气指示灯、压力开关及系统电源。
系统的保护区域需根据盾构机结构进行划分。通常将以下部位列为重点防护区：主驱动电机及变速箱区域、液压泵站及主要阀组区域、变压器及高压配电柜区域、操作控制室、皮带输送机驱动部。对于特别长的盾构机，可能划分为多个独立的防护区，实现分区保护。