TBM激光导向系统

TBM激光导向系统(PPS)作业指导隧道掘进机(TBM)上均配有激光导向系统，用以精确地监测TBM在掘进时的位置，提供TBM与隧道设计中线的偏差，以便操作者及时调整TBM掘进方向，使其精确的按隧道的设计方向掘进。1、PPS激光导向系统的工作原理PPS激光导向测量以安装在边墙上的激光经纬仪/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面和铅垂面上的投影角度、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道设计轴线数据和激光经纬仪数据并考虑目标单元轴线与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刀盘中心与设计隧道轴线的X、Y差值，操纵人员就是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/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最大值250m，此时激光/经纬仪/测距仪及接口单元应重新前移安装。PPS系统的洞内部分通过并调制解调器、中继单元与放置于洞外的计算机和打印机联系，在计算机上可显示从控制单元传来的各项数据，对TBM的位置进行临视，并记录各项数据。2、TBM掘进方向测量和调整技术措施（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°），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°）。（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和进行记录并保存。（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少，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，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。3、轴线控制及调向TBM上配备有PPS激光导向系统，该导向装置包括激光发射器、激光接受器、中心控制电脑、显示装置、记录装置和数字装置。激光发射器安装在已经掘进的洞壁，将已经测量好的位置参数输入到发射器自身的计算单元，并按照隧洞掘进的正确方向确定激光束的方向准确的发射到接收器，激光接收器安装在TBM刀盘支承上（其安装的位置参数已经预先确定），当它接收到激光束后，就可以根据激光在接收器上的入射角度、反射距离确定机器的位置参数数据。所有的位置数据都集中到安装在TBM控制室内的计算机，经过计算机的计算显示到控制室的显示屏上。操作人员根据显示的数据进行TBM的方向调整。（1）TBM掘进时或掘进行程结束时，可以进行掘进方向的调整。首先利用TBM上的PPS激光导向系统，确定掘进当前位置的上下、左右、圆周方向的偏差和TBM当前的位置状况。经过测量设备的计算，给定出根据现在的位置和偏差掘进下一行程后TBM的位置。（2）根据显示在监视屏上的计算后的结果，及时调整TBM主机刀盘的位置。刀盘是掘进机最前端，是决定偏差的关键。竖直方向调整以刀盘下部支撑点为支点，利用水平支撑上的竖直油缸使掘进机的后部上移则整机的掘进方向相对原来的方向向下移动，反之则掘进方向相对原来的方向上移。水平方向的调整以刀盘的左右两侧的侧支撑为支点，水平支撑的油缸带动掘进机后部左移则掘进方向相对原来的掘进方向右移，反之则掘进的方向相对原来的方向左移。（3）以上操作既可以在掘进过程中进行，也可以在掘进一个行程结束后在换步的过程中进行。但必须限制每个动作的幅度，避免对刀盘边缘的刀具和出渣机构产生大的影响，造成刀具和出渣机构的损伤而影响掘进的速度。