超長距離大口徑鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡的控制技術(shù)

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1、第6期(總第156期)2011年12月中國虧叢z稚CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．6(SerialNo．156)Dec．2011DOI：10．3969／i．issn．1004-4655．2011．06．023超長距離大11徑鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡的控制技術(shù)鮑立平1，陳林1，范東方2(I．宏潤建設(shè)集團股份有限公司，上海200235；2．同濟大學(xué)，上海200092)摘要：分析了鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡控制系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求，提出了適合超長距離大口徑鋼頂管曲線頂進(jìn)的軌跡控制系統(tǒng)，并分析了各組成部分在軌跡控制中的作用。從

2、機頭姿態(tài)控制和線形控制兩方面介紹了鋼頂管曲線頂進(jìn)的施工控制方法，提出了及時準(zhǔn)確測量、機頭與二級糾偏管聯(lián)合作用、繪制機頭偏差趨勢圖、及時啟用糾偏特殊管、用螺栓和卡箍控制開VI量等軌跡控制方法。介紹了上海青草沙水源地原水工程嚴(yán)橋支線，對鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡控制技術(shù)的實際應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。實踐證明，對于鋼頂管的曲線頂進(jìn)，采用提出的軌跡控制技術(shù)會取得較好的控制效果。關(guān)鍵詞：鋼頂管；曲線頂進(jìn)；軌跡控制系統(tǒng)；青草沙水源地原水工程中圖分類號：TU990．3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004—4655(2011)06—0060—041鋼頂管曲

3、線頂進(jìn)軌跡控制系統(tǒng)混凝土頂管在曲線段的頂進(jìn)軌跡控制系統(tǒng)，主要是在頂管機機頭后設(shè)置幾節(jié)帶糾偏段油缸的糾偏特殊管，用以形成曲線以及在糾偏時作為過渡段，從而增加糾偏靈敏度，保證糾偏效果。但鋼管節(jié)在頂進(jìn)過程中一旦發(fā)生軌跡的偏離，糾偏比較困難。因此，鋼頂管曲線頂進(jìn)的軌跡控制系統(tǒng)首先應(yīng)強化對機頭的姿態(tài)控制，使機頭盡可能不發(fā)生大的偏離；其次應(yīng)強化糾偏操作的靈敏度，盡可能地減小糾偏過程中鋼管節(jié)剛性大而對糾偏效果產(chǎn)生的不利影響；此外，軌跡控制系統(tǒng)還應(yīng)保證線形受控，即整個曲線段管節(jié)的彎曲弧度都滿足要求。提出了由機頭糾偏系統(tǒng)、二級糾偏鋼管、自適應(yīng)

4、伸縮節(jié)和糾偏特殊管4部分組成的頂進(jìn)軌跡控制系統(tǒng)，以適合超長距離大口徑鋼頂管曲線的頂進(jìn)。圖1為鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡控制系統(tǒng)示意圖。自適應(yīng)伸縮節(jié)頂管機二級糾偏鋼管F型承插口連接糾偏短油缸(兩段一鉸)圖1鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡控制系統(tǒng)示意圖1)機頭糾偏系統(tǒng)。頂管機后段斷面上布置有4組共8只糾偏油缸。通過糾偏油缸調(diào)整上、下、左、右收稿日期：2011—08—2460各個方向，達(dá)到糾偏目的。2)二級糾偏鋼管。緊隨頂管機后布置l節(jié)二級糾偏鋼管，采用兩段一鉸的形式，與頂管機后段焊接。該糾偏鋼管內(nèi)同樣布置有8只糾偏油缸，布置形式與機頭相同，形成第2

5、套糾偏系統(tǒng)。在糾偏過程中，二級糾偏鋼管起到2方面的作用。(1)轉(zhuǎn)角分散作用。二級糾偏管的設(shè)置相當(dāng)于增加了可轉(zhuǎn)動的接頭，它與后面的自適應(yīng)伸縮節(jié)將1個轉(zhuǎn)角分散成多個轉(zhuǎn)角，從而使轉(zhuǎn)角不斷減少，這就避免了機頭糾偏過猛，而導(dǎo)致的后面F型管節(jié)開口量過大的情況?(見圖2)。圖2二級糾偏鋼管的轉(zhuǎn)角分散作用示意圖(2)過渡作用。二級糾偏管可以分擔(dān)一部分機頭糾偏油缸的伸縮量，起到一定的過渡作用，從而使形成的曲線更平穩(wěn)。若不經(jīng)二級糾偏管過渡，則當(dāng)糾偏量大時，機頭容易越過設(shè)計曲線，偏至另一側(cè)。3)自適應(yīng)伸縮節(jié)。在二級糾偏鋼管后面焊接1節(jié)自適應(yīng)伸縮節(jié)

6、，采用兩段一鉸可伸縮的套筒承插式鋼結(jié)構(gòu)件。在形成曲線的過程中，自適應(yīng)伸縮節(jié)中的油缸在外力作用下可以自動拉開和縮回，從而自動適應(yīng)中圈彳叢z靠鮑立平，陳林，范東方：超長距離大口徑鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡的控制技術(shù)2011年第6期線形的要求，大大增加了軌跡控制的靈敏度。4)糾偏特殊管。對于前3節(jié)F型接口鋼管節(jié)，在每節(jié)管的末端端面處預(yù)留3個油缸槽，放置3只糾偏短油缸，使前3節(jié)F型接口鋼管節(jié)成為3節(jié)糾偏特殊管。它可以調(diào)節(jié)糾偏特殊管之間的開口量，使其滿足設(shè)計值，以便前面幾節(jié)管節(jié)及時形成整體彎曲弧度，引導(dǎo)后面的管節(jié)順利前行。2鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡

7、的施工控制鋼頂管曲線頂進(jìn)軌跡的施工控制內(nèi)容包括2個方面：一是控制機頭的姿態(tài)，以保證引導(dǎo)效果；二是控制線形，以保證彎曲效果。2．1機頭姿態(tài)控制方法對于曲線頂進(jìn)來說，機頭的姿態(tài)控制內(nèi)容包括使機頭按設(shè)計曲線前進(jìn)和機頭偏離設(shè)計曲線時的糾偏。1)使機頭按設(shè)計曲線前進(jìn)的控制方法包括及時準(zhǔn)確測量和二級糾偏鋼管與機頭的聯(lián)合作用。(1)及時準(zhǔn)確測量：每頂進(jìn)1節(jié)管節(jié)的距離測量1次頂管機機頭的坐標(biāo)，測量結(jié)果及時通知操作人員，以盡可能保證機頭始終處于正確的路線上。(2)二級糾偏鋼管和機頭聯(lián)合作用：二級糾偏鋼管可以起到過渡作用，使得機頭不用很大的偏轉(zhuǎn)

8、量就可以沿曲線前進(jìn)，以減少糾偏油缸伸縮量過大而導(dǎo)致的機頭偏離設(shè)計曲線的情況，使機頭軌跡得到較好的控制。2)機頭偏離設(shè)計曲線時的糾偏方法。糾偏存在一定的“滯后效應(yīng)”，糾偏效果往往要等管節(jié)再頂進(jìn)一段距離后才能顯現(xiàn)出來。在實際的糾偏過程中，對于機頭的行進(jìn)軌跡往往很難把握。此外，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，