PPS测量导向系统现场管理和故障排除

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摘要：介绍了引洮供水输水工程在使用pps测量导向系统中的现场管理和故障排除的方法，在与ZED导向系统对比中占据全面优势，能够达到高精度，高效率，安全可靠的目的。

关键词：输水工程；PPS系统；管理；应用

中图分类号： TV672+.2 文献标识码： A

1、工程概况

某引水工程全长110.47km、开挖直径5.75m的输水隧洞，设计横断面为园型断面，二衬方式主要以安装管片为主，TBM滑行段一次喷锚支护后净内径D=5.95m。管片衬砌外径D=5.52m,衬砌后内径D＝4.96m。纵向设计为直线，单面下坡，坡度为1/1650。采用以TBM掘进为主、钻爆法为辅的联合施工方法。TBM净掘进长度为16786m；掘进过程中采用目前世界上较先进的PPS（Poltinger Precision System）测量系统进行导向定位，从而保证了TBM始终沿着设计的隧洞轴线方向掘进。

2、PPS导向系统简介

2.1 PPS导向系统的组成及其功能

PPS导向系统设计的目的是使TBM操作人员用最少的注意力而获得最多的TBM位置信息。

1)马达全站仪

全站仪是PPS导向系统主机。在系统计算机的控制下可以自动搜寻并测量后视棱镜完成自动定向、测量TBM上的两个马达棱镜以及高精度的双轴电动倾斜仪的整个工作。

2）倾斜仪

在TBM前部有一个高精度的倾斜仪用来检测TBM的倾斜和滚动状况，并将检测数据传输到计算机控制系统中，通过倾斜及滚动改正，从而得出TBM准确的走向位置。

3）系统计算机

系统计算机是PPS系统的控制单元，通过搜集马达全站仪测量的棱镜数据和倾斜仪的读数，准确地计算出TBM方位、倾斜和滚动值，并以图片和数据的形式提供给TBM主司机。

4)马达棱镜

为了防止由于两个目标棱镜之间相互干扰而产生测量错误，本系统采用的是两个马达棱镜，在系统的控制下它能交替的打开和覆盖，这样能确保无论什么时候只能单独测量一个棱镜，从而避免了由于二者相互干扰产生的测量错误。

5）数据传输电缆

包括各仪器与系统计算机的连接线，信号传输线，以及洞外监控系统与主机操作系统的连接电缆。

2.2 导向原理

为了获得TBM的位置和方向信息，至少需要确定TBM的两个点，并且还要测量出这两个点的三维坐标。这两个点是由安装在TBM前部的两个马达棱镜确定的，暂命名为P1和P2棱镜。而这两个棱镜相对于TBM机器轴线的相对位置固定不变，在TBM安装时确定。(原理图)

导向系统利用一个马达全站仪自动测量P1和P2棱镜。全站仪在开始测量这两个棱镜之前首先被定向（也就是测量作业时所说的后视），然后按顺序测量P1和P2棱镜坐标和高程，最后，系统计算机将测量数据连同倾斜仪采集的数据经过程序处理，直接把TBM机体姿态以图文的形式显示在计算机屏幕上。随着在掘进过程中TBM不断向前移动，TBM机体的位置一直也在发生变化，通过在不同时段测量出两个棱镜的三维坐标就很容易推算出TBM的实际掘进轴线。所以，TBM实际轴线相对于设计轴线的竖向和水平偏差就很容易的计算出来并提供给TBM主司机。如果超出规定偏差，系统将自动计算并提供一个最优的投影路径指导TBM回到设计中线位置，同时它还能提供必要的路径参数（如最小的转弯半径及有关轨迹的几何元素），方便主司机的操作。

3.故障及排除

技术人员在不断的发现问题和解决问题的过程中总结出了很多好的处理办法，积累了一定的宝贵经验。

1）全站仪初始化错误（TCAINIT.ERROR!）

在TBM掘进当中以该种故障发生次数最多，且最为常见。故障表现形式为：系统主机失控，各测量单元停止工作。解决办法：检查TCA电源开启情况；信号传输线路是否被损坏（若是采用无线传输，则应检查无线传输机，控制室天线）；若前几项故障的可能都排除后系统仍然无法工作时，则一定是TCA全站仪出现了故障，需送专业部门进行检查。

2）定位错误（ORIENTATION.FAILED!!!）

该种情况在掘进当中也较为常见，故障表现形式为：TCA反复后视，却无法定向。解决办法：检查全站仪与后视棱镜之间的视线是否被挡；TCA与后视棱镜的支撑托架是否发生变形（如果变形错动，则必须重新测量站点坐标）；对于刚移完站时出现这种情况，则应该核对输入到计算机程序内的新的测量结果是否有误；

3）棱镜问题

当信息窗口栏显示“PROBLEMSWITHPRISMS”或“ERRORPRISM1/2”等错误时，基本上可以判断是棱镜的问题，解决的办法是：检查棱镜和倾斜仪各部件之间的插头是否松动或未完全插入；观察目标棱镜与全站仪之间视线是否被阻；棱镜部件损坏，则需更换棱镜。

4）倾斜仪问题

倾斜仪出现故障系统计算机会提示“INCLINOMETERINITERROR！”（倾斜仪错误）信息，针对该种故障应检查倾斜仪线路插头松动情况，还要仔细观察倾斜仪固定螺栓是否松动，倾斜仪有无发生位移。

5）全站仪错误8704（RetC0deName Value Hex Description）

全站仪出现故障系统计算机会提示“RetC0deName Value Hex Description”（全站仪错误8704）信息，针对该种故障应检查全站仪基座和吊篮的稳定性，以上问题排除后，其次测量人员应观察仪器正常工作时寻找目标的情况，如果全站仪十字丝偏离目标中心太远或不在目标这个方向上；仪器密封配件损坏，则更换仪器。

4.现场管理

PPS导向系统适合与TBM配套使用，它测量准确，信息显示直观，但系统单元部件很多，每个单独的部件都很敏感，抗干扰能力不强，所以为保证系统的正常运行，系统维护与人员管理尤为重要。

4.1系统管理

1)为防治TBM变频器等电器设备对传输信号的干扰，特将原来无线传输改为有线传输方式；

2）为系统暴露在外的系统部件加设特制的安全护盖，既能防掉块，又能防水，保证系统安全、正常工作；

3）洞内粉尘多、温度高、水汽大，必须保证通风、除尘系统的正常运行，做到掘进即通风，通风方掘进，积极创造良好的测量环境；

4）定时检查、保养维护系统，特别是全站仪的清理维护。在TBM停机时间较长的情况下可将仪器拿到洞外做进一步的保养。

4.2人员管理

1)设专人轮流值班，及时解决现场系统问题；

2)定期采用常规的测量手段检查实际掘进偏差，并与系统导向偏差进行对比，避免因为系统部件松动、变形发生测量错误；

3）通过洞外控制电脑对系统实现全面监控，及时掌握系统工作动态，提取掘进数据进行分析，总结掘进规律；

4）由主司机、电器工程师和测量工程师组成管理小组对PPS系统实行三级管理，保证TBM的正确掘进；

5）制定严格、详尽的系统管理规定和相关措施，做到责任明确，落实到人，提高职工参与意识；

4.3应急预案

系统在工作当中，由于受到洞内不利因素的影响，可能会出现软件故障或是硬件故障，为避免该种情况的发生，造成PPS系统无法指导掘进，必须提前做好应急准备工作，比如预备倾斜仪、棱镜、传输线路等一些硬件设施，若一些大的故障在短时间内排除不了，则必须采取人工导向的办法来满足TBM掘进。

5、结束语

PPS系统是先进的测量导向系统，通过本次工程的成功应用，该系统设计合理，屏幕显示直观，操作人员更形象的掌握TBM的偏差情况。故障提示明确，有利于问题快速、准确的解决，在导向过程中测量错误识别功能强大，限差的设置保障了测量成果的安全性、准确性，具有较广阔的应用前景。

参考文献

[1]程新文.测量与工程测量.中国地质大学出版社.2000-3-1

[2]王世霏.PPS导向系统在TBM中的应用.辽宁:2006