盾构机导向系统应用及故障处理

盾构机导向系统应用及故障处理

张峰1郑浩琪2赵健3左壮志4周泽楷5

中建二局轨道交通分公司  河南 郑州  450000

【摘要】以中铁装备导向系统为例，结合盾构机导向系统常见故障，总结出盾构机导向系统常见故障的处理经验。

【关键词】盾构机；导向系统；故障

盾构机导向系统属于盾构机核心系统，一旦发生故障将直接导致盾构机无法正常施工，在导向系统失灵的条件下，盾构机极易造成姿态偏差，严重影响盾构掘进施工的安全。因此，熟悉并掌握盾构机导向系统的故障处理方法，在日常保养和维修等方面采取积极有效的措施，可以大大提高导向系统的稳定性和准确性。

1盾构机导向系统结构

1.1系统构成

整个系统由硬件及软件两部分构成。硬件部分可以分为测量单元、控制单元、目标单元及通讯单元四部分。软件部分可分为四大模块：线形计算模块、管片管理模块、历史查询模块、测量模块。

1.2硬件组成

TS16全站仪：测距和方位传递。

徕卡后视棱镜组：确定大地坐标系（施工坐标系）。

计算机：中铁装备导向系统软件的运行、数据处理和备份。

激光靶控制盒：激光靶的供电及数据传输。

三维电子激光靶：确定盾构机位置与角度。

电台：全站仪与电脑无线通讯。

1.3全站仪和激光靶的安装

全站仪安装在特制的吊篮的强制归心螺丝上，吊篮通过膨胀螺丝或者管片安装螺栓固定在管片上。由于部分管片拼装好以后有可能渗水，安装吊篮之前要检测安装的位置以后是否可能会渗水。后视棱镜组同样安装在吊篮上，安装时注意与全站仪的通视。

激光靶安装在盾构机特制的安装支架上，安装支架出厂前或者在施工现场焊接中盾上。

2盾构机导向系统工作原理

激光靶内置相机和倾斜仪，在盾构掘进中全站仪测量激光靶的坐标以及全站仪与激光靶之间的方位角，同时通过相机和倾斜仪，获取盾构机旋转和俯仰角的变化量以及不可见激光与激光靶的夹角。综合以上参数，根据激光靶相对于盾构机空间位置关系固定不变的原理，计算出在大地坐标系下盾构机盾首和盾尾的坐标，与隧道设计线比较，计算出盾构机姿态。

盾构机导向系统主界面相关参数意义：（1）滚动角：表示盾构机的滚动角度，盾构机相对于水平面顺时针转动表示正值，逆时针转转动表示负值。（2）俯仰角：表示盾构机的俯仰角度，盾构机相对于水平面前高后低为正，后高前低为负。（3）偏差定义：平面偏差，+表示右偏设计线，-表示左偏设计线。高程偏差，+表示高于设计线，-表示低于设计线。（4）里程定义：表示盾构机刀盘在隧道计划线中当前位置。（5）开累长度定义：表示盾构机掘进长度。（6）环号定义：表示盾构机当前掘进第多少环。（7）盾首水平趋向偏差：表示盾构机前进一米在水平方向上姿态的变化量。图中红线代表盾构机轴线，绿线代表设计线。红线首端代表盾首，尾端代表盾尾。若水平姿态为负值，红线在绿线左边，若水平姿态为正值，红线在绿线右边。（8）盾首垂直趋向偏差：表示盾构机前进一米在垂直方向上姿态的变化量。图中红线代表盾构机轴线，绿线代表设计线。红线首端代表盾首，尾端代表盾尾。若垂直姿态为负值，红色轴线在设计线下方，若垂直姿态为正值，红色轴线在设计线上方。

3换站测量

盾构机推进中有两种换站测量的方法：自动换站和手动换站。

3.1手动搬站

（1）人工测量新站点坐标。（2）将全站仪安装在新站点上，对中整平，对准后视棱镜。（3）将所测的的站点坐标输入到换站测量→点坐标，点属性包括：自由点、测站点、后视点，根据实际情况选择，测站点和后视点仅有一个。添加完成后进行保存。（4）进入换站测量→设站，输入仪器高和棱镜高，检查测站和后视坐标，确认无误，点击测量按钮进行测量；偏差在允许范围内。（5）点击设站定向按钮完成设站定向。

3.2自动搬站测量

（1）电脑控制全站仪在原站点完成设站定向。（2）新站点处安放棱镜，人工让全站仪照准棱镜。（3）换站测量→移站完成新站点的正倒镜测量，并调用新站点坐标。（4）将全站仪搬到新站点，对中整平，照准后视棱镜。（5）测量→设站完成设站定向。

4系统报警及故障处理

4.1日志记录提示：全站仪自动照准不成功！原因：未检测到目标

问题解答：测量通道内有障碍物（拼装管片、紧螺栓、人走动等）遮挡，造成全站仪看不见激光靶目镜或者后视棱镜。

解决方案：移走通道内障碍物，再次测量即可解决！

4.2、日志记录提示：盾构掘进偏差超出设定范围！

问题解答：盾构机姿态（水平或者垂直偏差）超出设定范围（系统默认5cm）。

解决方案：1)通过纠偏调整盾构机姿态，使其降低到5cm以内；2)修改设定范围（谨慎操作）。

4.3、日志记录提示：全站仪设定自动模式不成功！原因：通讯错误

问题解答：全站仪通讯连接不上，无法进行无线传输。

解决方案：1)外接电池电量不足，无法提供足量电供全站仪工作，替换足量电电池可解决（最常见）；2)线缆被外界因素扯断，联系厂家解决，严禁私自接线；3)电台出现故障（正常是前2个灯常亮），联系厂家解决；4)导向软件与全站仪同时有人在操作，停止测量或者停止全站仪操作；5)RS中继箱出现故障（前4个问题都没出现），联系厂家解决。

4.4、日志记录提示：全站仪获取测量信息不成功！原因：警告：只有角度测量有效

问题解答：测量通道内有障碍物来回摆动（时挡时不挡，一般是紧螺栓时出现），造成全站仪测距无法完成。

解决方案：移走通道内障碍物，再次测量即可解决！

4.5、日志记录提示：全站仪获取测量信息不成功！原因：警告：并非完全正确的测量

问题解答：全站仪气泡突然超出补偿范围（一般在小半径曲线，刚换站后出现），气泡突然跑出小圈。

解决方案：调整气泡，进行后视信息检核，只要后视偏差不超限，盾构机姿态可控。

4.6、日志记录提示：全站仪设置自动模式不成功！原因：无用的结果

问题解答：全站仪GCOM口未打开，造成全站仪和软件通讯异常。

解决方案：联系厂家解决。

4.7、日志记录提示：测量激光靶失败！Theportisalreadyopen

问题解答：激光靶内部程序重新启动，造成暂时无法进行数据交换。

解决方案：重新插拔激光靶端口插头，过25秒后，用激光靶测试软件测试联通即可。

5结论

为了保证盾构施工的连续性，在日常设备保养工作中，对导向系统应给予足够的重视，至少应保证做到以下9项工作要求，方可保持导向系统连续工作。（1）每日至少检查一次激光靶镜片是否有泥浆或者水珠。（2）每日检查全站仪目镜和键盘是否有泥浆。（3）每日检查吊篮和后视是否会被撞到。（4）安装测站时注意管片漏水。（5）每隔一段时间需要通过特征点来检核系统姿态，连续工作一个月后完成一次。（6）经常检查全站仪补偿器是否超限。（7）至少一个月进行一次数据备份，将测量系统数据库备份至U盘或者移动硬盘。（8）至少半年检核一次全站仪的补偿器、ATR指标差。（9）根据隧道线路规划需要，实时检查全站仪和棱镜的通视空间、及时搬站。

参考文献

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