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TBM激光导向控制系统

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TBM激光导向系统控制
作者：曲长海韩刚毕强
辽宁省大伙房水库输水工程隧道采用TBM法施工，单段掘进长为9.8——11.6Km，为保证隧道掘进方位的准确性，在TBM掘进过程中，采用激光导向系统控制掘进方向。

由于TBM掘进速度比较快，为保证隧洞掘进按设计洞轴线方向掘进，在掘进过程中，利用基本导线控制点及时对掘进机上的激光导向系统进行检查、纠正。

控制激光导向系统测量采用TC1800型全站仪，仪器精度测角为±1"，测距为±（1mm +2ppm×D）mm。

在TBM上配备了PPS激光导向系统，用于测量和控制TBM的掘进方向；利用基本导线采用常规测量方法为TBM激光导向系统提供坐标；激光导向系统可快速、连续、准确地为TBM提供其轴线与隧洞设计轴线的相对偏差，并以刀盘位置偏差的型式数字化地显示于操作室，使TBM操作人员能及时了解TBM的位置；TBM操作人员根据显示的偏差，通过支撑系统油缸和刀盘护盾油缸的调整来进行TBM调向。

该技术方案采用的激光导向系统能连续给出数据，因此，TBM施工隧洞具有精度高、速度快和成本较低的优点，可确保TBM开挖洞线精确控制在设计洞轴线的偏差范围之内。

1、激光导向系统的测量控制方法
激光导向测量以安装在隧洞边墙上的激光站（激光器/经纬仪/测距仪）发出的激光为基准，接口单元使激光数据、距离、经纬仪的坐标（X；Y；H）与控制系统发生联系，并输出给控制单元。

当激光束照射到安装于TBM主机上的目标单元，目标单元测量出激光束与目标单元轴线的夹角在水平和铅垂面上的缺陷影角度、激光束照射到
目标单元屏幕上的位置（X、Y）、目标单元的左右横向滚动角度、目标单元中的棱镜配合测距仪测出的经纬仪到目标单元靶屏幕距离。

所有这些数据通过连接电缆传送到控制单元的主计算机中，根据输入控制单元的隧洞设计轴线数据和激光经纬仪数据，并考虑到目标单元轴线与TBM主轴线之间的安装误差（此项误差用常规方法测验出并从控制单元输入），计算出TBM的当前位置（目标单元屏幕处TBM的各项数据），并计算出TBM刀盘中心与设计隧洞轴线的X、Y差值，操纵人员便可根据这些数据来控制TBM的位置。

随着TBM的不断前移，控制单元与激光器/经纬仪/测距仪之间的连接电缆不断放出，直到两者之间距离达到100~150m，此时激光/经纬仪/测距仪及接口单元应重新前移安装。

激光导向系统的洞内部分通过调制解调器、中继单元与放置于洞外的计算机和打印机联网，在计算机上可显示从控制单元传来的各项数据，对TBM的位置进行监视，并记录各项数据。

手提式终端可与PC机、控制单元和经纬仪附近接口单元相连接，向激光导向系统输入激光数据、隧洞设计轴线数据，并在激光导向系统出现故障时帮助进行各项测试以确定故障所在位置。

2、 TBM掘进方向测量和调整措施
（1）为检验激光导向系统的正确性，可用常规方法测量主机的各项位置数据，算出目标单元里程处和刀盘中心（即预测位置处）与隧洞设计轴线的各项偏差，然后与控制单元上显示的各项数据相比较。

允许误差如下：导向、仰视、滚向数据相差应在±1mm/m以内，当前位置相差应在±1mm以内，预测位置相差应在±25mm以内。

（2）目标单元检查和主机位置检测：每周对目标单元进行一次检查并对主机位置进行测量，测量前将控制单元显示数据抄下来与测量的TBM实际位置比较，相差小于1.7倍规定限差，然后将目标单元固定螺丝上紧，重新比较数据，如数据有变化，则更改控制单元次级屏页的原始数据；除了每周一次的例行检查以外，平时也应经常目视检查目标单元，看其固定螺栓有无松动，外表有无机械伤害，以及控制单元显示数据有无突变等，如出现此种情况，则应马上进行主机位置测量，以检核控制单元显示数据的正确性。

（3）经纬仪检查：每周对经纬仪状态进行一次检查，看其水准气泡是否移动，并重新后视拨角，如发现经纬仪支架移动或变形，则对经纬仪位置重新进行调整并输入。

（4）目标单元安装精度检查：目标单元的安装精度应符合以下要求：零滚向、零仰视、零导向均应小于0.5°，即小于8mm/m。

如目标单元安好，主机位置测量好，在输入数据时发现上述参数超限，则应对目标单元进行调整，使上述数据尽量小。

在调整困难时可将上述限差放宽到1°，即17mm/m。

（5）移动经纬仪时注意事项：向前移动经纬仪时，测距仪定位架可取下，但激光目镜不宜取下，避免重新安装时造成激光轴线与经纬仪视准轴不平行；取下和往支架上安装经纬仪时应特别注意拿稳仪器。

（6）刀盘偏差数据记录：每天对控制单元上显示的刀盘偏差数据和刀盘里程进行记录并保存。

（7）正确调向的特征：当调向正确时，洞壁表面比较规则，不会产生屋脊状表面，此时看不到因为偏向造成的痕迹；若表面出现台阶，则说明
调向过度，应校正调向的作业方式。

（8）调向的限度要求：一个调向动作过程不能使边刀的移动量超过3mm；在约0.5m的行程上，边刀最大位移量为25mm；否则，刀盘上刮渣斗就会与岩壁发生接触，并造成损坏；随着边刀磨损增大，洞径减小，刀具和刮渣斗的空间也随之减小，上述极限也须相应减小。

（9）正常情况下，控制单元上数据显示的刀盘位置偏差数据不应大于30mm；如偏差较大，则应马上调整主机位置。

（10）当刀盘偏差变小时，激光导向系统所显示的数据应接近于0。

这时方向调整和高程调整应缓慢进行，以避免刀盘忽上忽下，忽左忽右。

目前，TBM掘进已贯通三个掌子面，经测量横向贯通误差为，纵向贯通误差为±21mm，高程贯通误差为±11mm，达到了精确贯通标准。

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TBM掘进施工质量控制措施

TBM掘进施工质量控制措施

TBM掘进施工质量控制措施TBM掘进施工重点工序控制点为：始发，掘进，隧洞轴线控制，初期支护，不良地质段施工。

1、TBM始发质量保证措施（1）始发洞初支后对其断面进行复测，保证始发洞断面净空和平整度符合设计要求，满足TBM掘进始发的客观条件。

（2）进入到始发洞后，根据激光导向系统的测试数据，不断调整主机姿态，确保掘进施工的轴线偏差在本工程允许偏差范围之内。

（3）步进到位后，经监理人验收认可后方可试掘进施工。

2、TBM掘进质量保证措施（1）试掘进期间，在TBM制造商技术服务人员的培训和指导下，培训TBM 主司机和TBM维修保养技术人员，进行断续教育，使其全面了解、深刻认识本工程特点和TBM工程适应性改造，经考核合格后持证上岗。

（2）试掘进期间，根据不同围岩特点，结合设计图纸，总结出不同围岩条件下合理的掘进参数，为TBM正常掘进期间提供可靠的参考，以便根据前方地质适时调整掘进参数。

（3）严格按照设计要求、实施性施工组织设计和规范组织施工，实行标准化作业，加强施工过程质量控制。

（4）根据TBM手册及项目实际情况，制定适合的本工程的TBM维修保养规程，维修保养人员严格按此计划执行，保证TBM状况良好，提高设备利用率。

（5）加强TBM刀具的检查和更换，保证隧洞的开挖洞径。

当边刀达到其磨损极限时，及时更换新刀具。

3、隧洞轴线质量保证措施（1）加强施工测量复核，人工测量随时校核激光导向系统的准确性和导向误差，导向系统的准确性。

（2）在TBM掘进的全过程，随时检查、监视和控制TBM姿态和方向，并做好掘进记录，将隧洞洞轴线的水平和竖向的误差控制在±100mm和±50mm 之内。

4、初期支护的质量保证措施（1）所有操作手、维修保养选择有经验的人员，经过继续教育并经考核后持证上岗。

（2）开挖后及时施作锚网支护，不同种类的锚杆严格按招标文件的技术要求及设计图纸施作，满足其间距、深度、注浆密实度等技术指标，确保洞室支护体系安全可靠。

008-导向系统SLS简介

008-导向系统SLS简介

导向系统SLS-T及管片选型简介在掘进隧道的过程中,为了避免隧道掘进机(TBM)发生意外的运动及方向的突然改变, 必须对TBM的位置和DTA(隧道设计轴线)的相对位置关系进行持续地监控测量，使TBM能够按照设计路线精确地掘进。

这就是TBM采用“导向系统”的原因。

德国VMT公司的SLS-T系统就是为此而开发，该系统为使TBM沿设计轴线（理论轴线）掘进提供所有重要的数据信息。

一、SLS-T 系统的坐标系统任何测量工作的基础都是坐标系统。

SLS－T 采用了3 种不同的坐标系统。

①全球坐标系统: 整个工地的测量工作都与这个坐标系统有关。

它用来计算所有的固定点，起点及中间点。

工地负责将有关点的坐标（全球坐标系统）提供给SLS－T软件，这包括有关DTA 的数据，激光站支架坐标数据等。

②TBM坐标系统：ELS 靶的安装尺寸及TBM 的控制点与基准点都需要在本系统中预先计算出来。

这些数据都已经由VMT 公司的测量工程师提前测定。

本系统与TBM 的轴线有关，它包括并备份有必要进行测量的点。

在控制测量中，用控制点来确定TBM 的位置。

TBM 的位置可通过独立于SLS－T 程序以外的其它的转化程序来确定。

③DTA（隧道设计轴线）坐标系统: 在本系统中显示前后基准点的里程与偏离值。

SLS－T的主要目的就是为了确定各相关点的坐标。

TBM 的位置总是跟本系统联系在一起，本坐标系统显示了各相关点的水平/垂直偏离值及里程。

二、始发前SLS-T的设置在使用SLS-T 之前,需要用TBM 的一些特定数据（例如：油缸的安装尺寸）及TBM 的始发位置对系统预先设置。

为了得到TBM 的位置，需测量TBM 中的各基准点的坐标，并把测得的数据传向DTA。

接着利用测得的坐标计算TBM 的精确位置，随后配置SLS－T 软件并在显示器上显示计算出来的位置。

这些工作由VMT 公司的测量工程师完成，基准点的测量由现场工程师完成。

三、导向系统的基本组成导向系统是由自动全站仪、电子激光系统、计算机及掘进软件、中央控制器、黄盒子和通讯线组成。

TBM激光导向控制在大伙房水库输水隧洞施工中的运用

TBM激光导向控制在大伙房水库输水隧洞施工中的运用


左右横 向滚动角度、 目标 单元 中的棱 镜配合 测距
仪 测 出的 经 纬仪 到 目标 单 元靶 屏幕 距 离 。 所 有 这 些 数 据通 过 连 接 电缆 传 送 到 控 制 单
统测量采用 Ｔ １０ 型全站仪 。 Ｃ ８０ 仪器精度测角为±
１ ， 距 为 ±（ ”测 １ｍｍ ＋ ｐ Ｄ）ｍｍ。 ２ｐ ｍｘ
崔志伟 ， 张晓 慧 ， 于英 涛
（ 宁省 水 利 水 电工 程局 ， 宁 沈 阳 １ ３ １ ） 辽 辽 １ ２ ４
［ 要］辽宁大伙房引水隧洞是我国目前管道输水距 离最长的工程 ， 摘 一期工程中的 ６． ｍ 隧洞施工采用 ０３ ｋ
三 台 Ｔ Ｍ 隧道掘进 机。 全断 面隧道 掘进机 （ Ｂ 是 集机 械化 、 Ｂ Ｔ Ｍ） 自动化 和管理 现代 化 为一体 的 复杂 系统 。
将 调 入 大 伙 房 水 库 的 水 采 用 封 闭输 水 方 式 （ 洞 隧 和管道 ） 输送 到 六城 市 。
２ Ｂ 施 工 激 光 导 向控 制 技 术 Ｔ Ｍ
２１ 激 光 导 向 系统 ． 在 Ｔ Ｍ 上 配 备 了 Ｐ Ｓ激 光 导 向系 统 ，用 于 Ｂ Ｐ 测 量 和 控 制 Ｔ Ｍ 的 掘 进 方 向 ．控 制 激 差 的 型 式 数 字 化 地 并 显 示 于 操 作 室 ． 使 Ｔ Ｍ 操 作 人 员 能 及 时 了 解 Ｂ Ｔ Ｍ 的位 置 ； Ｂ 操 作 人 员根 据 显示 的偏 差 ， Ｂ ＴＭ 通
用常规方法测验 出并从 控制单 元输入 ） ，计算 出
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仪／ Ｎ距仪及接 口单元应重新前移安装 。
双护盾tbm方向控制方法及流程

双护盾tbm方向控制方法及流程

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