超长距离大口径钢顶管曲线顶进轨迹的控制技术

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1、第6期(总第156期)2011年12月中国亏丛z稚CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．6(SerialNo．156)Dec．2011DOI：10．3969／i．issn．1004-4655．2011．06．023超长距离大11径钢顶管曲线顶进轨迹的控制技术鲍立平1，陈林1，范东方2(I．宏润建设集团股份有限公司，上海200235；2．同济大学，上海200092)摘要：分析了钢顶管曲线顶进轨迹控制系统应满足的要求，提出了适合超长距离大口径钢顶管曲线顶进的轨迹控制系统，并分析了各组成部分在轨迹控制中的作用。从

2、机头姿态控制和线形控制两方面介绍了钢顶管曲线顶进的施工控制方法，提出了及时准确测量、机头与二级纠偏管联合作用、绘制机头偏差趋势图、及时启用纠偏特殊管、用螺栓和卡箍控制开VI量等轨迹控制方法。介绍了上海青草沙水源地原水工程严桥支线，对钢顶管曲线顶进轨迹控制技术的实际应用效果进行了分析。实践证明，对于钢顶管的曲线顶进，采用提出的轨迹控制技术会取得较好的控制效果。关键词：钢顶管；曲线顶进；轨迹控制系统；青草沙水源地原水工程中图分类号：TU990．3文献标识码：A文章编号：1004—4655(2011)06—0060—041钢顶管曲

3、线顶进轨迹控制系统混凝土顶管在曲线段的顶进轨迹控制系统，主要是在顶管机机头后设置几节带纠偏段油缸的纠偏特殊管，用以形成曲线以及在纠偏时作为过渡段，从而增加纠偏灵敏度，保证纠偏效果。但钢管节在顶进过程中一旦发生轨迹的偏离，纠偏比较困难。因此，钢顶管曲线顶进的轨迹控制系统首先应强化对机头的姿态控制，使机头尽可能不发生大的偏离；其次应强化纠偏操作的灵敏度，尽可能地减小纠偏过程中钢管节刚性大而对纠偏效果产生的不利影响；此外，轨迹控制系统还应保证线形受控，即整个曲线段管节的弯曲弧度都满足要求。提出了由机头纠偏系统、二级纠偏钢管、自适应

4、伸缩节和纠偏特殊管4部分组成的顶进轨迹控制系统，以适合超长距离大口径钢顶管曲线的顶进。图1为钢顶管曲线顶进轨迹控制系统示意图。自适应伸缩节顶管机二级纠偏钢管F型承插口连接纠偏短油缸(两段一铰)图1钢顶管曲线顶进轨迹控制系统示意图1)机头纠偏系统。顶管机后段断面上布置有4组共8只纠偏油缸。通过纠偏油缸调整上、下、左、右收稿日期：2011—08—2460各个方向，达到纠偏目的。2)二级纠偏钢管。紧随顶管机后布置l节二级纠偏钢管，采用两段一铰的形式，与顶管机后段焊接。该纠偏钢管内同样布置有8只纠偏油缸，布置形式与机头相同，形成第2

5、套纠偏系统。在纠偏过程中，二级纠偏钢管起到2方面的作用。(1)转角分散作用。二级纠偏管的设置相当于增加了可转动的接头，它与后面的自适应伸缩节将1个转角分散成多个转角，从而使转角不断减少，这就避免了机头纠偏过猛，而导致的后面F型管节开口量过大的情况⋯(见图2)。图2二级纠偏钢管的转角分散作用示意图(2)过渡作用。二级纠偏管可以分担一部分机头纠偏油缸的伸缩量，起到一定的过渡作用，从而使形成的曲线更平稳。若不经二级纠偏管过渡，则当纠偏量大时，机头容易越过设计曲线，偏至另一侧。3)自适应伸缩节。在二级纠偏钢管后面焊接1节自适应伸缩节

6、，采用两段一铰可伸缩的套筒承插式钢结构件。在形成曲线的过程中，自适应伸缩节中的油缸在外力作用下可以自动拉开和缩回，从而自动适应中圈彳丛z靠鲍立平，陈林，范东方：超长距离大口径钢顶管曲线顶进轨迹的控制技术2011年第6期线形的要求，大大增加了轨迹控制的灵敏度。4)纠偏特殊管。对于前3节F型接口钢管节，在每节管的末端端面处预留3个油缸槽，放置3只纠偏短油缸，使前3节F型接口钢管节成为3节纠偏特殊管。它可以调节纠偏特殊管之间的开口量，使其满足设计值，以便前面几节管节及时形成整体弯曲弧度，引导后面的管节顺利前行。2钢顶管曲线顶进轨迹

7、的施工控制钢顶管曲线顶进轨迹的施工控制内容包括2个方面：一是控制机头的姿态，以保证引导效果；二是控制线形，以保证弯曲效果。2．1机头姿态控制方法对于曲线顶进来说，机头的姿态控制内容包括使机头按设计曲线前进和机头偏离设计曲线时的纠偏。1)使机头按设计曲线前进的控制方法包括及时准确测量和二级纠偏钢管与机头的联合作用。(1)及时准确测量：每顶进1节管节的距离测量1次顶管机机头的坐标，测量结果及时通知操作人员，以尽可能保证机头始终处于正确的路线上。(2)二级纠偏钢管和机头联合作用：二级纠偏钢管可以起到过渡作用，使得机头不用很大的偏转

8、量就可以沿曲线前进，以减少纠偏油缸伸缩量过大而导致的机头偏离设计曲线的情况，使机头轨迹得到较好的控制。2)机头偏离设计曲线时的纠偏方法。纠偏存在一定的“滞后效应”，纠偏效果往往要等管节再顶进一段距离后才能显现出来。在实际的纠偏过程中，对于机头的行进轨迹往往很难把握。此外，由于地质条件复杂，