CN104265317B - 大断面矩形顶管转角控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大断面矩形顶管转角控制方法，包括：于矩形顶管的前壳体和后壳体分别设置注浆孔；提供改良土，包括原状土、膨润土、以及水；测量矩形顶管姿态转角，判断矩形顶管姿态转角是否在偏差范围内，超过偏差范围则进行如下操作：当矩形顶管姿态转角小于±0°30′时，改变矩形顶管的刀盘转向，实现转角控制；当矩形顶管姿态转角大于±0°30′时，根据所述姿态转角的方向，向对应的所述注浆孔内压注所述改良土，同时改变矩形顶管的刀盘转向，实现转角控制。采用在矩形顶管壳体内压注改良土和改变刀盘转向来控制矩形顶管转角问题，解决现有仅用刀盘转向控制转角的效果不理想影响施工质量的问题。

Description

大断面矩形顶管转角控制方法

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤指一种大断面矩形顶管转角控制方法。

背景技术

矩形顶管机在隧道工程中应用越来越多，相对于圆形顶管机可以有效利用空间，减小地下掘进土方，用于人行、车辆等地下通道不需要再进行地面铺平工序，节省时间还能降低成本。矩形顶管机成功进洞的最关键问题的要保证顶管机姿态转角在偏差允许的范围内。由于矩形顶管机在推进过程中，顶管机本身受到刀盘运转的反作用力会发生旋转，产生转角问题，所以在顶管推进过程中需要对矩形顶管机采取纠偏措施。

现有的纠偏做法为，采用调整刀盘转向的方法控制顶管机转角问题，具体如图1所示，在矩形顶管机顶进施工中，测量顶管机姿态转角，对比测量的顶管机姿态转角是否在偏差允许范围内，若超出偏差范围，则相应调整刀盘转向，克服刀盘运转中反作用力带来的转角问题。但是，对于大断面的矩形顶管转角控制时，大断面产生的纠偏力矩大，仅采用刀盘转向的方法调整顶管机转角，控制顶管机转角的效果不理想，影响隧道施工的质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种大断面矩形顶管转角控制方法，解决现有刀盘转向方法调整大断面矩形顶管转角效果不理想、影响施工质量的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种大断面矩形顶管转角控制方法，包括：

于矩形顶管的前壳体和后壳体分别设置注浆孔；

提供改良土，所述改良土包括原状土、膨润土、以及水；

测量矩形顶管姿态转角，判断矩形顶管姿态转角是否在偏差范围内，超过偏差范围则进行如下操作：

当矩形顶管姿态转角小于±0°30′时，改变矩形顶管的刀盘转向，实现转角控制；

当矩形顶管姿态转角大于±0°30′时，根据所述姿态转角的方向，向对应的所述注浆孔内压注所述改良土，同时改变矩形顶管的刀盘转向，实现转角控制，压注所述改良土的压力为1.5Mpa至2.0Mpa。

采用在矩形顶管壳体内压注改良土和改变刀盘转向来控制矩形顶管转角问题，适用于大断面的隧道工程，压注改良土对矩形顶管转向施加反力矩、反力偶距达到控制转角的目的，解决现有仅采用刀盘转向的方法控制转角的效果不理想、影响施工质量的问题。本发明对于大力矩纠偏及穿越复杂地层的大断面矩形顶管，可以实现有效的转角控制。

本发明大断面矩形顶管转角控制方法的进一步改进在于，将所述矩形顶管的前壳体和后壳体分别沿横纵中垂线划分为四个区域，每一区域沿边缘设置所述注浆孔。

本发明大断面矩形顶管转角控制方法的进一步改进在于，所述前壳体上位于上方的两个区域内均设置有四个注浆孔，位于下方的两个区域内均设置有三个注浆孔，所述后壳体的每一区域内设置两个注浆孔。

本发明大断面矩形顶管转角控制方法的进一步改进在于，当矩形顶管姿态转角大于±0°30′时，向所述前壳体和所述后壳体的斜对应设置的区域内压注所述改良土。

本发明大断面矩形顶管转角控制方法的进一步改进在于，所述前壳体上的四个区域以斜对应区域相配对的方式分成两组，一组为正向区域，另一组为负向区域，所述后壳体上的四个区域以斜对应区域相配对的方式分成两组，一组为正向区域，另一组为负向区域；所述的正向区域对应调整矩形顶管的负转角，所述的负向区域对应调整矩形顶管的正转角；

当所述矩形顶管姿态转角大于+0°30′时，向所述前壳体和所述后壳体的负向区域压注所述改良土；

当所述矩形顶管姿态转角大于)0°30′时，向所述前壳体和所述后壳体的正向区域压注所述改良土。

本发明大断面矩形顶管转角控制方法的进一步改进在于，所述改良土中所述的原状土、膨润土和水的配比20∶1∶4。

本发明大断面矩形顶管转角控制方法的进一步改进在于，压注所述改良土的压注量为1.2立方米至1.8立方米。

附图说明

图1为现有技术中矩形顶管控制矩形顶管转角的流程图；

图2为本发明大断面矩形顶管转角控制方法的流程图；

图3为采用本发明大断面矩形顶管转角控制方法的矩形顶管顶进施工流程图；

图4为本发明大断面矩形顶管的前壳体区域分布示意图；

图5为本发明大断面矩形顶管的后壳体区域分布示意图；

图6为本发明大断面矩形顶管的前壳体的受力距示意图；

图7为本发明大断面矩形顶管的前壳体的受力偶距示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图2，显示了本发明大断面矩形顶管转角控制方法的流程图。本发明大断面矩形顶管转角控制方法，采用改变刀盘转向和有针对性地在矩形顶管相对应壳体内压注改良土的形式来控制矩形顶管转角问题，适用于大断面的隧道工程，当矩形顶管姿态转角小于±0°30′时，仅改变刀盘转向进行转角控制，通过刀盘反转即可实现转角控制，当矩形顶管姿态转角大于±0°30′，通过砂土泵向壳体内压注改良土，同时改变刀盘转向，压注改良土对矩形顶管转向施加反力矩、反力偶距达到控制转角的目的，解决现有仅采用刀盘转向的方法控制转角的效果不理想影响、施工质量的问题。对于大力距纠偏、穿越复杂地层等大断面矩形顶管，提供一种有效的转角控制方法。下面结合附图对本发明大断面矩形顶管转角控制方法进行说明。

参阅图2，显示了本发明大断面矩形顶管转角控制方法的流程图。下面结合图2对本发明大断面矩形顶管转角控制方法进行说明。

如图2所示，本发明大断面矩形顶管转角控制方法包括：

执行步骤S31，于矩形顶管的前壳体和后壳体设置注浆孔。结合图4和图5所示，显示了本发明大断面矩形顶管机前壳体和后壳体的分布示意图。将矩形顶管的前壳体和后壳体分别沿横向和纵向的中垂线划分为四个区域，前壳体划分为第一区域11、第二区域12、第三区域13、和第四区域14，后壳体划分为第一区域21、第二区域22、第三区域23、和第四区域24，沿前壳体和后壳体划分好的区域边缘设置注浆孔，具体为：在前壳体的第一区域11和第二区域12分别设置四个注浆孔，第一区域11内沿边缘设置有注浆孔111、注浆孔112、注浆孔113、和注浆孔114，该四个注浆孔均匀设置，第二区域12内沿边缘设置有注浆孔121、注浆孔122、注浆孔123、和注浆孔124，该四个注浆孔也均匀设置；前壳体的第三区域13和第四区域14分别设置三个注浆孔，第三区域13内沿边缘设置有注浆孔131、注浆孔132、和注浆孔133，第四区域14内沿边缘设置有注浆孔141、注浆孔142、和注浆孔143；后壳体的第一区域21、第二区域22、第三区域23、和第三区域34分别设置两个注浆孔，第一区域21内沿边缘设置有注浆孔211和注浆孔212，第二区域22内沿边缘设置有注浆孔221和注浆孔222，第三区域23内沿边缘设置有注浆孔231和注浆孔232，第四区域24内沿边缘设置有注浆孔241和注浆孔242。将前壳体上的四个区域以斜对应区域相配对的方式分成两组，一组为正向区域，另一组为负向区域，将后壳体上的四个区域也以斜对应区域相配对的方式分成两组，一组为正向区域，另一组为负向区域，其中，两个正向区域对应调整矩形顶管的负转角，两个负向区域对应调整矩形顶管的正转角；具体地，将前壳体上的第二区域12和第四区域14定义为正向区域，前壳体上的第一区域11和第三区域13为负向区域，后壳体上的第一区域21和第三区域23为正向区域，后壳体上的第二区域22和第四区域24为负向区域。矩形顶管壳体上设置好注浆孔后，接着执行步骤S32。

执行步骤S32，提供改良土。该改良土包括原状土、膨润土和水，是由原状土、膨润土和水以一定比例混合而成，参见表1，改良土的具体配合比为，原状土∶膨润土∶水＝20:1:4，这样混合型材的改良土，具有良好的粘性和流动性，便于压注且具有一定的减摩作用。接着执行步骤S33。

原状土	膨润土	水
			1000kg	50kg	200kg

表1改良土配合比例表

执行步骤S33，测量判断矩形顶管姿态转角。测量矩形顶管姿态转角，判断矩形顶管姿态转角，当矩形顶管姿态转角小于±0°30′时，执行步骤S34；当矩形顶管姿态转角大于±0°30′时，执行步骤S35。

执行步骤S34，改变矩形顶管的刀盘转向。矩形顶管姿态转角小，其纠偏力矩较大，所以仅用改变矩形顶管的刀盘转向，即可实现转角控制。当矩形顶管姿态转角小于+0°30′时，使得刀盘反转，即调整刀盘逆时针旋转；当矩形顶管姿态转角小于)0°30′时，调整刀盘顺时针旋转，实现矩形顶管的转角控制。

执行步骤S35，向注浆孔内压注改良土，同时改变矩形顶管的刀盘转向。在向注浆孔内压注改良土时，压注改良土的压力为1.5Mpa至2.0Mpa，压注量根据具体的施工参数进行调节，一般在1.2立方米至1.8立方米，压注改良土起到稳定矩形顶管姿态转角的目的。正向区域对应调整矩形顶管的负转角，负向区域对应调整矩形顶管的正转角。当矩形顶管姿态转角大于)0°30′时，为逆时针超标时，向前壳体和后壳体的正向区域压注改良土，即向前壳体的第二区域12和第四区域14、后壳体的第一区域21和第三区域23内的注浆孔压注改良土，通过压注改良土对矩形顶管转向施加反力矩、反力偶距，同时，调整刀盘顺时针旋转，达到控制转角的目的。当矩形顶管姿态转角大于+0°30′时，为顺时针超标时，向前壳体和后壳体的负向区域压注改良土，即向前壳体的第一区域11和第三区域13、后壳体的第二区域22和第四区域24内的注浆孔压注改良土，同时，调整刀盘逆时针旋转，实现矩形顶管的转角控制。结合图6和图7所示，当对前壳体第二区域12压注改良土时，对前壳体施加压注力F，前壳体受到反力矩MF的作用，从而纠正姿态转角。当对前壳体的第二区域12和第四区域14内的注浆孔压注改良土时，对前壳体施加压注力F和F′，前壳体受到反力偶距M(F，F′)作用，从而纠正姿态转角，后壳体纠正姿态转角的原理与前壳体相同。

参阅图3，显示了采用本发明大断面矩形顶管转角控制方法的矩形顶管顶进施工流程图。下面结合图3，对采用本发明大断面矩形顶管转角控制方法的矩形顶管施工进行说明。

在矩形顶管顶进施工中，实时测量矩形顶管的姿态转角，判断测量的姿态转角是否在偏差允许范围内，若姿态转角在允许的偏差范围内，则矩形顶管继续顶进施工；若姿态转角超出偏差范围，通过调整刀盘转向和机壳内压注改良土进行姿态转角控制。当矩形顶管姿态转角小于±0°30′时，仅改变刀盘转向进行转角控制，当矩形顶管姿态转角大于±0°30′，通过砂土泵向壳体内压注改良土，压注改良土采用斜对角双区域同时压注，压注改良土的同时改变刀盘转向，压注改良土对矩形顶管转向施加反力矩、反力偶距达到控制转角的目的，解决现有仅采用刀盘转向的方法控制转角的效果不理想影响、施工质量的问题。

本发明大断面矩形顶管转角控制方法的有益效果为：

采用在矩形顶管壳体内压注改良土和改变刀盘转向来控制矩形顶管转角问题，适用于大断面的隧道工程，压注改良土对矩形顶管转向施加反力矩、反力偶距达到控制转角的目的，解决现有仅采用刀盘转向的方法控制转角的效果不理想、影响施工质量的问题。本发明对于大力矩纠偏及穿越复杂地层的大断面矩形顶管，可以实现有效的转角控制。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大断面矩形顶管转角控制方法，其特征在于，包括：

于矩形顶管的前壳体和后壳体分别设置注浆孔，将所述矩形顶管的前壳体和后壳体分别沿横纵中垂线划分为四个区域，每一区域沿边缘设置所述注浆孔；

提供改良土，所述改良土包括原状土、膨润土以及水；

测量矩形顶管姿态转角，判断矩形顶管姿态转角是否在偏差范围内，超过偏差范围则进行如下操作：

当矩形顶管姿态转角在逆时针或者顺时针方向小于0°30′时，改变矩形顶管的刀盘转向，实现转角控制；

当矩形顶管姿态转角在逆时针或者顺时针方向大于0°30′时，根据所述姿态转角的方向，向对应的所述注浆孔内压注所述改良土，同时改变矩形顶管的刀盘转向，实现转角控制。

2.如权利要求1所述的大断面矩形顶管转角控制方法，其特征在于，所述前壳体上位于上方的两个区域内均设置有四个注浆孔，位于下方的两个区域内均设置有三个注浆孔，所述后壳体的每一区域内设置有两个注浆孔。

3.如权利要求1所述的大断面矩形顶管转角控制方法，其特征在于，当矩形顶管姿态转角在逆时针或者顺时针方向大于0°30′时，向所述前壳体的斜对应设置的区域，以及所述后壳体的斜对应设置的区域内压注所述改良土。

4.如权利要求3所述的大断面矩形顶管转角控制方法，其特征在于，所述前壳体上的四个区域以斜对应区域相配对的方式分成两组，一组为正向区域，另一组为负向区域，所述后壳体上的四个区域以斜对应区域相配对的方式分成两组，一组为正向区域，另一组为负向区域；所述的正向区域对应调整矩形顶管的负转角，所述的负向区域对应调整矩形顶管的正转角；

当所述矩形顶管姿态转角在顺时针方向大于0°30′时，向所述前壳体和所述后壳体的负向区域压注所述改良土；

当所述矩形顶管姿态转角在逆时针方向大于0°30′时，向所述前壳体和所述后壳体的正向区域压注所述改良土。

5.如权利要求1所述的大断面矩形顶管转角控制方法，其特征在于，所述改良土中所述的原状土、膨润土和水的配比20：1：4。

6.如权利要求1所述的大断面矩形顶管转角控制方法，其特征在于，压注所述改良土的压注量为1.2立方米至1.8立方米，压注所述改良土的压力为1.5Mpa至2.0Mpa。