施工测量与导向系统

第六章施工测量与导向系统——初级

6.1导向系统简介

6.1.1导向系统的主要作用

盾构（TBM）掘进施工时，因为速度快、作业面狭小、视线阻挡严重等原因，人工测量盾构姿态的方法不能满足盾构调向的要求，因此，一般都配备有自动导向系统，用来连续测量盾构姿态，显示在主控室电脑屏幕上；主司机根据盾构姿态数据，调整掘进参数，使盾构能够按照设计隧道轴线（Designed Tunnel Axis，以下简称DTA）精确掘进。

正常情况下，盾构总是存在有一定的姿态偏差，因此导向系统可计算出一个S形纠偏曲线，主司机参考该纠偏曲线，操纵TBM使其能够从目前的偏差位置平滑地调整到DTA 上。

盾构在一环掘进结束后，根据盾尾中已拼装的上一环管环的尺寸，导向系统进行计算，从所有可以作为当前参考管环的后续管环类型中，选出将要拼装的下一环管片的类型。

6.1.2盾构的结构特点与姿态数据

为了提高盾构机的操作性能,

通常将其分成前后两个部分, 中

间用铰接装置连接起来，这样可

使盾构机的前后弯曲，便于曲线

段掘进调向。

要全面了解盾构姿态，必须图6.1 带铰接的盾构

分别显示出盾构前体和盾尾的各项姿态数据。

盾构前体姿态决定了整个盾构的掘进方向，因此部分未配备管片选型功能的盾构，以及敞开式TBM，其导向系统只显示出前体的姿态。

下面简图中对盾构姿态几何意义的表示，只是显示了盾构前体的姿态数据。盾尾姿态与之类似。

图6.2 盾构俯视图

图6.3 侧视图图6.4 后视图盾构姿态一般用下面一些参数来表示，其几何意义参见图6.2~6.4：刀盘切口里程、方向偏差、高程偏差；

盾尾方向偏差、高程偏差；

平面趋势、高程趋势、盾构滚动角、环号等。

6.1.3导向系统显示界面

6.1.3.1导向系统种类

国外的盾构导向系统起步比较早，应用较广；主要有英国的ZED、德国VMT 公司的SLS-T系统、德国TACS公司的ACS系统、德国PPS系统、日本演算工房的ROBOTEC系统等。

国产系统最近几年也开始起步，目前已成功应用于多个工地；主要有上海米度、上海力信等公司研制的导向系统。

6.1.3.2显示界面

下面列出了一些导向系统的显示界面，部分界面上附有文字说明：

6.1.4管片拼装程序简介

选择管片拼装的顺序的基本原理概括如下：在新掘进一环完毕后，考虑盾尾中已拼装好的上一环管环的尺寸，程序进行计算，从所有可以作为当前参考管环图6.5 ZED 系统 图

6.6

TACS 系统

图6.7 VMT 的SLS-T 系统

图6.8 VMT 的双护盾系统

图6.13 上海力信 图6.14 隧道股份研制的导向系统

的后续管环的管环类型中选出将要拼装的下一环管片的类型。

6.1.4.1管片选型的目的

进行管片选型要达到的目的主要是应满足以下几个方面的要求：

（1）盾尾间隙

在管片拼装中的一个重要的目的就是保持良好的盾尾间隙。在理想的情况下，沿盾尾四周的间隙值都相等。

（2）推进油缸伸长量：

使拼装的管片前平面与盾构轴线垂直，或者说使推进油缸的伸长量对等；

（3）管片偏差

使管片中心跟DTA的偏差尽可能小。本项内容一般是在保证满足前两个目的的基础上，再做要求。

6.1.4.2管片选型要素

程序进行管片选型，需要知道几项相关的已知数据，数据来源如下：

（1）DTA——工程开工前，人工输入电脑；

（2）盾构的姿态数据，即水平及垂直方向上相对于DTA 的偏差及趋势——导向系统测量结果；

（3）推进油缸行程——电脑自动读取推进油缸行程传感器数据；

（4）当前的盾尾间隙——人工现场量取；部分导向系统配备有自动获取盾尾间隙的传感器，但应用效果不良；

（5）铰接油缸行程——在有铰接油缸的盾构机上，电脑读取铰接油缸的行程数据。

管片计算

B

E

C D

A

铰结油缸行程机器当前偏差

图6.15 管片选型要素

6.1.4.3管片选型应用情况

管片选型涉及到的测量数据较多，来源不一，任何一个数据缺失或误差较大，都会造成不理想或错误的选型结果，而且部分导向系统没有配备管片选型功能。

所以，目前大部分工地现在都是凭经验并根据现场观察的实际情况，对后续管环的类型进行选型。

6.2 掘进过程中的测量工作

6.2.1盾构姿态的人工测量（人工导向）

所有盾构(TBM)都必须建立人工导向系统，做为机器自身导向系统的检查和备份。

出现以下情况时，需要进行人工导向：

(a) 导向系统故障不能工作，需要继续掘进时；

(b) 导向系统测量部件位置变形或移动；

(c) 激光靶、倾斜仪等需要设置初始参数的关键部件损坏，修理后更换或使用备件时；

(d) 掘进方向或高程偏离设计轴线较大时；

(e) 怀疑导向系统测量结果有问题时；

(f) 区间隧道贯通前；

(g) 平时，也应按照一定的频率对导向系统进行检核校正。

6.2.2 导向系统初始设置数据

导向系统各部件安装位置数据、角度偏差数据、全站仪和导向系统软件上的主要设置等初始数据均应进行复核确认，并备份。

6.2.3 搬站、托架检查

6.2.3.1 搬站

掘进一段距离后，全站仪和后视棱镜需要进行前移安装和测量，这个过程称为搬站。

一般情况下，搬站测量方法有两种：一种方法是从控制点上测量。这种测量方法精度高，但工作量大、测量时间长，对于后配套较长的盾构以及盾构位于小半径曲线的情况，搬站测量有时需要几个小时；第二种方法是利用后面现有的坐