孫源鑫+沈津丞+齊鵬

摘 要：通過對盾構機導向系統(tǒng)結構和工作原理的深入剖析，結合盾構機導向系統(tǒng)常見故障，總結出盾構機導向系統(tǒng)常見故障的處理經驗。

關鍵詞：盾構機；導向系統(tǒng)；故障

引言

盾構機導向系統(tǒng)屬于盾構機核心系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障將直接導致盾構機無法正常施工，在導向系統(tǒng)失靈的條件下，盾構機極易造成姿態(tài)偏差，嚴重影響盾構掘進施工的安全。因此，熟悉并掌握盾構機導向系統(tǒng)的故障處理方法，在日常保養(yǎng)和維修等方面采取積極有效的措施，可以大大提高導向系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性。

1 盾構機導向系統(tǒng)結構

1.1 系統(tǒng)構成

整個系統(tǒng)由硬件及軟件兩部分構成[1]。硬件部分可以分為測量單元、控制單元、目標單元及通訊單元四部分。軟件部分可分為四大模塊：線形計算模塊、管片管理模塊、歷史查詢模塊、測量模塊。

1.2 硬件組成

TS15全站儀：測距和方位傳遞。

徠卡后視棱鏡組：確定大地坐標系（施工坐標系）。

研祥工業(yè)計算機：RMS-D 軟件的運行、數(shù)據(jù)處理和備份。

激光靶控制盒：激光靶的供電及數(shù)據(jù)傳輸。

三維電子激光靶：確定 TBM 位置與角度。

徠卡29電臺：全站儀與電腦無線通訊。

1.3 全站儀和激光靶的安裝

全站儀安裝在特制的吊籃的強制歸心螺絲上，吊籃通過膨脹螺絲或者管片安裝螺絲固定在管片上。由于部分管片拼裝好以后有可能滲水，安裝吊籃之前要檢測安裝的位置以后是否可能會滲水。后視棱鏡組同樣安裝在吊籃上，安裝時注意與全站儀的通視。

RMS-D的激光靶安裝在力信特制的安裝支架上，安裝支架出廠前或者在施工現(xiàn)場焊接中盾上，。激光靶安裝固定在盾構機尾部，當目標單元激光靶通訊異?；蛘卟荒軠y量時，R-MSD自動導向系統(tǒng)軟件會彈出報警提示，提醒對方目標單元前面可能有障礙物遮擋或目標單元上異物覆蓋。

2 盾構機導向系統(tǒng)工作原理

激光靶內置相機和傾斜儀，在盾構掘進中全站儀測量激光靶的坐標以及全站儀與激光靶之間的方位角，同時通過相機和傾斜儀，獲取盾構機旋轉和俯仰角的變化量以及不可見激光與激光靶的夾角[2]。綜合以上參數(shù)，根據(jù)激光靶相對于盾構機空間位置關系固定不變的原理，計算出在大地坐標系下盾構機盾首和盾尾的坐標，與隧道設計線比較，計算出盾構機姿態(tài)。

R-MSD自動導向系統(tǒng)主界面相關參數(shù)意義：（1）滾動角：表示盾構機的滾動角度，盾構機相對于水平面順時針轉動表示正值，逆時針轉轉動表示負值。（2）俯仰角：表示盾構機的俯仰角度，盾構機相對于水平面前高后低為正，后高前低為負。（3）偏差定義：平面偏差，+表示右偏設計線，-表示左偏設計線。高程偏差，+表示高于設計線，-表示低于設計線。（4）里程定義：表示盾構機刀盤在隧道計劃線中當前位置。（5）開累長度定義：表示盾構機掘進長度。（6）環(huán)號定義：表示盾構機當前掘進第多少環(huán)。（7）盾首水平趨向偏差：表示盾構機前進一米在水平方向上姿態(tài)的變化量。圖中紅線代表盾構機軸線，綠線代表設計線。紅線首端代表盾首，尾端代表盾尾。若水平姿態(tài)為負值，紅線在綠線左邊，若水平姿態(tài)為正值，紅線在綠線右邊。（8）盾首垂直趨向偏差：表示盾構機前進一米在垂直方向上姿態(tài)的變化量。圖中紅線代表盾構機軸線，綠線代表設計線。紅線首端代表盾首，尾端代表盾尾。若垂直姿態(tài)為負值，紅色軸線在設計線下方，若垂直姿態(tài)為正值，紅色軸線在設計線上方。

3 換站測量

RMS-D中有兩種換站測量的方法：自動換站和手動換站。

3.1 手動搬站

（1）人工測量新站點坐標。（2）將全站儀安裝在新站點上，對中整平，對準后視棱鏡。（3）將所測的的站點坐標輸入到 換站測量→點坐標 ，點屬性包括：自由點、測站點、后視點，根據(jù)實際情況選擇，測站點和后視點僅有一個。添加完成后進行保存。（4）進入 換站測量→設站，輸入儀器高和棱鏡高，檢查測站和后視坐標，確認無誤，點擊 測量 按鈕進行測量；偏差在允許范圍內。（5）點擊 設站定向 按鈕完成設站定向。

3.2 自動搬站測量

（1）電腦控制全站儀在原站點完成設站定向。（2）新站點處安放棱鏡，人工讓全站儀照準棱鏡。（3）換站測量→移站 完成新站點的正倒鏡測量，并調用新站點坐標。（4）將全站儀搬到新站點，對中整平，照準后視棱鏡。（5）測量→設站 完成設站定向。

4 系統(tǒng)報警及故障處理

4.1 全站儀變紅

問題描述：全站儀的連接不正確。

檢查原因：（1）全站儀是否開啟，連接線纜和接插件破損；（2）通訊電臺天線或接插件松脫。

解決方法：（1）檢查全站儀是否開啟，吊籃上機操作室的Y型線纜是否破損；（2）檢查全站儀和軟件、工控機端口設置；（3）利用電臺調試軟件檢查電臺端口設置。

4.2 激光靶變紅

問題描述：激光靶的連接不正確。

檢查原因：（1）激光靶未正確連接；（2）激光靶端口設置不對。

解決方法：（1）檢查激光靶到控制盒，控制盒到電腦的連線是否正確連接；（2）系統(tǒng)軟件的激光靶 IP地址應為 192.168.0.232，端口號7777。工控機上IP地址應設置為192.168.0.1-192.168.0.254（不能使用 192.168.0.232），設置完畢后點擊激光靶初始化。若激光靶按鈕不能變綠，重啟控制盒電源，等待10秒重啟軟件。

4.3 搬站后姿態(tài)突變

問題描述：水平整體往一個方向突變，垂直沒有突變或者突變很小。

可能原因：搬站前全站儀方位錯誤，搬站后重新設站定向后姿態(tài)突變?yōu)檎_值。一般在搬站前全站儀補償器超限、管片水平扭動、吊籃不穩(wěn)可能會造成上述問題。

4.4 地面監(jiān)控系統(tǒng)連接不上

檢查通訊線路是否被破壞

檢查被控端程序是否啟動

4.5 自動彈出全站儀對話框

問題描述：全站儀補償器超限。

檢查原因：（1）吊籃松動導致氣泡超限；（2）管片上浮。

解決方法：重新整平全站儀氣泡，在導向系統(tǒng)軟件內重新設站定向。若問題經常出現(xiàn)，建議更換吊籃的安裝位置。

4.6 主界面所有數(shù)據(jù)清零

問題描述：軟件啟動后沒有顯示上一次的測量姿態(tài)值。

檢查原因：（1）軟件非法退出；（2）當前工程項目名稱不對。

解決方法：（1）打開任務管理器，強制結束RMSD.exe的線程；（2）進入基礎數(shù)據(jù)菜單的工程信息欄調入正確工程，進入基本設置導入正確的盾構參數(shù)。

4.7 網絡傳輸錯誤

問題描述：全站儀、激光靶通訊異常

檢查原因：（1）激光靶的通訊線松脫；（2）控制盒斷電。

解決方法：（1）檢查通訊線是否連接正常；（2）檢查 TCP/IP 設置是否正確；（3）關閉軟件，重新啟動控制盒 10 秒鐘后進入系統(tǒng)。

4.8 獲取坐標 只有角度有效，重試

問題描述：測量角度正確，具體坐標獲取失敗。

檢查原因：（1）全站儀水平氣泡沒有整平；（2）全站儀設置不對；（3）目標單元被部分遮擋。

解決方法：（1）重新整平氣泡，使氣泡在全站儀補償范圍內；（2）在全站儀設置棱鏡常數(shù)欄中檢查是否設置的是徠卡圓棱鏡（棱鏡常數(shù)為0），查看全站儀的補償器、測量模式、氣象條件等是否設置正確；（3）檢查目標單元是否被遮擋。

5 結論

為了保證盾構施工的連續(xù)性，在日常設備保養(yǎng)工作中，對導向系統(tǒng)應給予足夠的重視，至少應保證做到以下9項工作要求，方可保持導向系統(tǒng)連續(xù)工作。（1）每日至少檢查一次激光靶鏡片是否有泥漿或者水珠。（2）每日檢查全站儀目鏡和鍵盤是否有泥漿。（3）每周檢查吊籃和后視是否會被撞到。（4）安裝測站時注意管片漏水。（5）每隔一段時間需要通過特征點來檢核系統(tǒng)姿態(tài)，連續(xù)工作一個月后完成一次。（6）經常檢查全站儀補償器是否超限。（7）至少一個月進行一次數(shù)據(jù)備份，將測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫備份至U盤或者移動硬盤。（8）至少半年檢核一次全站儀的補償器、ATR指標差。（9）根據(jù)隧道線路規(guī)劃需要，實時檢查全站儀和棱鏡的通視空間、及時搬站。

參考文獻

[1]王鐵生，馬開鋒，張冰.盾構隧道導向系統(tǒng)的設計與開發(fā)[J].鐵道建筑，2009，（9）：56-58.

[2]高墅.常見盾構全站儀導向系統(tǒng)的對比分析[J].現(xiàn)代隧道技術，2015，52（5）：200-205.