鋼管曲線頂進的軌跡控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及建筑工程技術領域，特別涉及一種鋼管曲線頂進的軌跡控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著城市經濟的發展和城市規模的擴張，地鐵、越江隧道、污水管道等各種市政工程的建設也越來越多。頂管頂進施工方法作為一種非開挖的鋪設地下管道的施工方法，對周圍環境影響小且成本相對較低，因此得到了廣泛的應用。在頂管頂進施工過程中，借助于來自油缸或千斤頂等的頂推力將掘進機從工作井穿過沿線土層進入接收井，與此同時，將緊隨其后的管道依次連接并埋設到連接這兩個井的管線土層中。頂管頂進施工過程中采用的頂管一般有混凝土頂管(包含普通混凝土頂管、鋼筋混凝土頂管、鋼筒混凝土頂管)、鋼管頂管、玻璃鋼夾砂頂管等。
[0003]其中，鋼管頂管的承壓能力強，密封性能好，抗地基變形能力強。但是，由于鋼管頂管的剛性較大，在曲線頂進施工過程中糾偏困難。與直線頂進施工不同，進行曲線頂進施工時，由于頂力方向與管道軸線方向有一個夾角會產生一個垂直軸線方向的分力，使管道在頂進過程中不斷向外側漂移。因此在曲線頂進過程中需要不斷修正掘進機的前行方向，通過不斷的糾偏使掘進機的頂管機頭沿管道設計軸線行進。
[0004]目前，鋼管曲線頂進施工時若僅通過糾偏油缸進行糾偏，糾偏效果并不理想。若一次性糾偏量較大，非常容易出現鋼管屈服變形等情況。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種鋼管曲線頂進的軌跡控制系統及其控制方法，以解決現有的鋼管曲線頂進的軌跡控制困難的問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供一種鋼管曲線頂進的軌跡控制系統，所述鋼管曲線頂進的軌跡控制系統包括:
[0007]頂管機頭、糾偏油缸單元、第一中繼間、第二中繼間和多個鉸接管；所述糾偏油缸單元設置于所述頂管機頭后段的斷面上，用于調整所述頂管機頭的姿態；所述第一中繼間和第二中繼間分別設置于曲線段管節的前端和中端，用于調整所述曲線段管節的彎曲弧度；所述曲線段管節包括多個鋼管管節，所述鉸接管設置于相鄰的鋼管管節之間，用于輔助調整所述曲線段管節的彎曲弧度。
[0008]可選的，所述第一中繼間與所述頂管機頭之間設置有一節鋼管管節，所述第二中繼間與所述頂管機頭的距離小于80m。
[0009]可選的，在所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統中，所述糾偏油缸單元包括4個糾偏油缸組，所述4個糾偏油缸組分別在上、下、左、右四個方向上調整所述頂管機頭的位置。
[0010]可選的，在所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統中，所述鉸接管包括前殼體和后殼體，所述前殼體和后殼體的內側均設置有法蘭，所述法蘭上安裝有螺栓，所述前殼體和后殼體之間通過所述螺栓緊固為一整體。
[0011]可選的，在所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統中，所述前殼體和后殼體之間設置有一糾偏間隙，所述糾偏間隙的尺寸在I?3_之間。
[0012]可選的，在所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統中，所述糾偏間隙處設置有一密封圈，所述密封圈用于止水。
[0013]相應的，本發明還提供一種鋼管曲線頂進的軌跡控制方法，所述鋼管曲線頂進的軌跡控制方法包括:
[0014]根據曲線段的弧長、曲率半徑確定曲線段的鋼管管節的長度、數量和每節張開角度；
[0015]在曲線段的鋼管管節之間布置第一中繼間、第二中繼間和多個鉸接管；
[0016]在曲線段施工時啟用如上所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統，以穩定的曲率半徑頂進。
[0017]可選的，在所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制方法中，啟用如上所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統的過程包括:
[0018]對所述頂管機頭進行姿態測量和分析，確定糾偏量；
[0019]依次松開所述多個鉸接管的螺栓；
[0020]通過4組所述糾偏油缸調整所述頂管機頭的姿態，并通過所述第一中繼間、第二中繼間和多個鉸接管調整所述曲線段管節的彎曲弧度，使整個曲線段管節的彎曲弧度都滿足要求。
[0021 ] 可選的，在所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制方法中，在以穩定的曲率半徑頂進之后，還包括:固定所述鉸接管的螺栓，并確認接縫狀況。
[0022]在本發明實施例提供的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統及其控制方法中，在相鄰的鋼管管節之間設置鉸接管以減小鋼管頂管的剛性，并通過頂管機頭、中繼間和鉸接管多組糾偏系統對鋼管曲線頂進的軌跡進行控制，使得頂進的軸線保持穩定的曲率半徑。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明一實施例的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統的結構示意圖；
[0024]圖2是本發明一實施例的鉸接管的剖視圖；
[0025]圖3是本發明一實施例的鉸接管的俯視圖；
[0026]圖4是本發明一實施例的鋼管曲線頂進的軌跡控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統及其控制方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0028]請參考圖1，其為本發明一實施例的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統的結構示意圖。如圖1所示，所述鋼管曲線頂進的軌跡控制系統10包括:頂管機頭12、4組糾偏油缸(圖中未示出)、第一中繼間14、第二中繼間16和多個鉸接管18 ;所述4組糾偏油缸設置于所述頂管機頭12后段的斷面上，用于調整所述頂管機頭12的姿態；所述第一中繼間14和第二中繼間16分別設置于曲線段管節的前端和中端，用于調整所述曲線段管節的彎曲弧度；所述曲線段管節包括多個鋼管管節(Gl至GN+M)，所述鉸接管18設置于相鄰的鋼管管節之間，用于輔助調整所述曲線段管節的彎曲弧度。
[0029]具體的，所述鋼管曲線頂進施工通常包括曲線段頂進施工和直線段頂進施工，鋼管頂管包括曲線段管節和直線段管節。其中，曲線段管節和直線段管節均包括多個鋼管管
-K-T。
[0030]在曲線段頂進施工時，通過所述鋼管曲線頂進的軌跡控制系統10控制鋼管曲線頂進時的軌跡。所述鋼管曲線頂進的軌跡控制系統10包括頂管機頭糾偏系統、管節糾偏系統和輔助糾偏系統，其中，所述頂管機頭糾偏系統包括頂管機頭12和用于調整所述頂管機頭12姿態的4組糾偏油缸，所述4組糾偏油缸能夠調整頂管機頭12在上下左右各個方向的姿態，所述管節糾偏系統包括設置于曲線段管節前端的第一中繼間14和曲線段管節中端的第二中繼間16，所述輔助糾偏系統包括多個鉸接管18，每個鉸接管18均設置于相鄰的鋼管管節之間。
[0031]優選的，所述第一中繼間14與所述頂管機頭12之間設置有一節鋼管管節，所述第二中繼間16與所述頂管機頭12的距離小于80m。
[0032]請結合參考圖2和圖3，所述鉸接管18包括前殼體181和后殼體182，所述前殼體181和后殼體182的內側均設置有法蘭183，所述法蘭183上安裝有螺栓184，所述前殼體181和后殼體182之間通過所述螺栓184緊固為一整體。其中，所述前殼體181和后殼體182之間設置有一糾偏間隙(圖中未示出)，所述糾偏間隙的尺寸在I?3_之間。優選的，所述糾偏間隙為2mm。所述糾偏間隙處設置有一密封圈(圖中未示出)，所述密封圈能夠滿足頂管施工過程中的止水要求。
[0033]在所述鉸接管18中，通過調節螺栓184能夠調整所述前殼體181和后殼體182之間的間距，從而實現輔助糾偏。在相鄰的鋼管管節之間設置鉸接管18能夠減小糾偏過程中鋼管頂管剛性大，糾偏效果小的不利影響，從而提高糾偏操作的靈敏度。
[0034]相應的，本實施例還提供了一種鋼管曲線頂進的軌跡控制方法。請結合參考圖1和圖4，所述鋼管曲線頂進的軌跡控制方法包括以下步驟:
[0035]步驟一:根據曲線段的弧長D、曲率半徑R確定曲線段的鋼管管節的長度L、數量和每節張開角度；
[0036]步驟二:在曲線段的鋼管管節之間布置第一中繼間14、第二中繼間16和多個鉸接管18 ；
[0037]步驟三:在曲線段施工時啟用如上所述的鋼管曲線頂進的軌跡控制系統10，以穩定的曲率半徑頂進。
[00