CN108104829A - 混凝土曲线顶管的启曲方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土曲线顶管的启曲方法，属于建筑工程技术领域，用于解决混凝土曲线顶管顶进时启曲控制问题。本发明提供的混凝土曲线顶管的启曲方法中，在顶管机、后续的两节启曲管和辅助纠偏等纠偏系统对混凝土顶管曲线顶进的轨迹进行控制的基础上，通过计算曲线段开口量，从而保证在曲线段施工过程中，混凝土曲线顶管以稳定的曲率半径进行顶进，避免了每个启曲管到达曲线段起曲里程初始点时均需人工进行测量纠偏工作，节省了施工时间。混凝土曲线顶管减少了大量的场地占用，所带来的经济效益十分显著的。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种混凝土曲线顶管的启曲方法。
背景技术
某污水处理厂管网扩建工程中采用S型混凝土曲线顶管，本段S型双曲线顶管为Ф2200混凝土顶管，顶进长度为613.75m(直线125.21+曲线270.00+直线46.51+曲线112.17+直线59.86)，曲率半径均为800，顶管覆土约8.38m～8.81m，主要穿越土层为⑤1粉砂夹粉土和⑤2粉砂。然而，根据工程实践经验，曲线顶管的启曲纠偏比较难，仅通过顶管机的纠偏油缸无法完成纠偏作业。因此，如何提供一种满足要求的混凝土曲线顶管的启曲方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土曲线顶管的启曲方法，以满足混凝土曲线顶管顶进时，其弯曲弧度符合规范要求。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
混凝土曲线顶管的启曲方法，包括：
步骤一：计算曲线段的转角以及曲线段开口量；
步骤二：顶管机由直线段进入曲线段后通过顶管机内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管内的启曲油缸共同作用，每节管节到达启曲点后在开口处设置木衬垫；
步骤三：顶管机由曲线段进入直线段后通过顶管机内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管内的启曲油缸共同作用，每节管节到达曲终点后将原设置的木衬垫依次取出，管节开口顺趋势闭合；
步骤四，通过曲线段设置木衬垫，直线段取出木衬垫，最终形成设计曲率，直至完成混凝土曲线顶管施工。
进一步地，所述步骤一的曲线段转角计算公式为：θ＝2×atcsin((L+0.7)/2R)，其中，θ为圆心角，L为混凝土曲线顶管管节长度，R为曲率半径。
进一步地，所述曲线段开口量计算公式为：X＝LD/R，其中，X为开口量，D为管中心直径，R为曲率半径，L为混凝土曲线顶管管节长度。
进一步地，所述步骤二包括在顶管机由直线段进入曲线段时，依次开启顶管机左侧或者右侧的纠偏油缸和后续两节启曲管左侧或者右侧的启曲油缸，强行将第一节启曲管与第二节启曲管及第二节启曲管与第三节顶管管节之间的左侧或者右侧开口张开至曲线段开口量，后续管节到达该启曲位置后采用木衬垫逐片填实开口缝隙。
进一步地，所述步骤三包括待顶管机由曲线段进入直线段后通过顶管机内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管内的启曲油缸共同作用，管节左侧或右侧张开开口，将先前设置的所述木衬垫在管节进入曲终点时依次逐一取出，随后再将左侧或者右侧的启曲油缸依次收回，使管节间的开口逐一闭合。
进一步地，沿着混凝土顶管顶进方向依次布置顶管机、第一节启曲管以及第二节启曲管。
进一步地，所述木衬垫为松木板。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
在本发明提供的混凝土曲线顶管的启曲方法中，在顶管机、后续的两节启曲管和辅助纠偏等纠偏系统对混凝土顶管曲线顶进的轨迹进行控制的基础上，通过计算曲线段开口量，从而保证在曲线段施工过程中，混凝土曲线顶管以稳定的曲率半径进行顶进，避免了每个启曲管到达曲线段起曲里程初始点时均需人工进行测量纠偏工作，节省了施工时间。混凝土曲线顶管减少了大量的场地占用，所带来的经济效益十分显著的。
附图说明
图1是本发明一实施例的混凝土曲线顶管的启曲方法中边角关系示意图；
图2是本发明一实施例的混凝土曲线顶管的启曲方法中混凝土曲线顶管形成线型图；
图3是本发明一实施例的第一段曲线启曲系统右偏平面示意图；
图4是本发明一实施例的第一段曲线启曲系统右偏剖面示意图；
图5是本发明一实施例的第二段曲线启曲系统左偏平面示意图；
图6是本发明一实施例的第二段曲线启曲系统左偏剖面示意图。
图中：
1-顶管机，G1-第一节启曲管，G2-第二节启曲管，W1-接收井，W3-工作井，ZY1-第一启曲点，QZ1-第一曲终点，YZ1-第一直线点，ZY2-
第二启曲点，QZ2-第二曲终点，YZ2-第二直线点。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的混凝土曲线顶管的启曲方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
下面结合图1至图6详细说明本发明的混凝土曲线顶管的启曲方法。
实施例一
如图1所示，混凝土曲线顶管顶进施工通常包括曲线段顶进施工和直线段顶进施工，混凝土曲线顶管混凝土曲线顶管包括沿着混凝土顶管顶进方向依次布置的顶管机1、第一节启曲管G1以及第二节启曲管G2。混凝土顶管顶进施工时，主要依靠混凝土F管的承插口进行转折，以使得在曲线段施工过程中，混凝土顶管以稳定的曲率半径进行顶进施工。混凝土曲线顶管具体来说，多个混凝土顶管管节组成曲线段管节，曲线段管节的轴线从宏观上看是圆弧曲线，实际上是由多个混凝土管节形成的折线，是多边形的一部分，多边形的边就是管段长度。在进行施工之前，根据曲率半径R、曲线段的混凝土管节的长度L确定曲线段的圆心角θ。曲线段转角即圆心角θ的计算公式如下:
θ＝2×arcsin((L+0.7)/2R)；
其中，L为混凝土曲线顶管管节的长度，R为曲率半径，θ为圆心角。
在本实施例中，单节混凝土曲线顶管管节的长度L为2m，曲率半径R为800m，计算得圆心角θ＝0.096°，选具体来说，混凝土曲线顶管在曲线段顶进施工时，通过曲线顶进的轨迹控制系统来控制混凝土曲线顶管曲线顶进时的轨迹。混凝土曲线顶管曲线顶进的轨迹控制系统包括顶管机纠偏系统、启曲管纠偏系统和辅助纠偏系统。
其中，顶管机头纠偏系统包括混凝土曲线顶管机1和用于调整混凝土曲线顶管机1姿态的四组纠偏油缸(图中未示出)，纠偏油缸设置于混凝土曲线顶管机1后段的断面上，通过纠偏油缸调整混凝土曲线顶管机1上下左右各个方向的姿态，达到纠偏的目的；启曲管纠偏系统包括设置于曲线段管节前端的第一节启曲管G1以及第二节启曲管G2用于调整曲线段管节的弯曲弧度；辅助纠偏系统为布置于混凝土曲线顶管机上的启曲装置，本实施例中的启曲装置为布置于第一节启曲管G1以及第二节启曲管G2左右两侧的3组60t、6cm行程的启曲小油缸，用于辅助调整曲线段管节的弯曲弧度，在曲线段起到辅助纠偏作用。设置时，需在混凝土管承插口之间留有足够的间隙，确保可以塞松木板作为木衬垫，通过螺栓把顶管机1与后续2节启曲管即第一节启曲管G1以及第二节启曲管G2紧紧结合在一起。在曲线状态时，通过启曲系统满足曲线需要。
特别地，曲线段开口量的计算公式为：X＝LD/R，在本实施例中，混凝土顶管外径D1＝2640mm，内径D2＝2200mm，混凝土顶管管节长度L＝2m，曲率半径R＝800m，因此，D＝(2640+2200)/2＝2420mm，从而计算得出曲线段开口量X＝LD/R＝2×2420/800＝6.05mm。
请继续参考图2至图6，在本实施例中，曲线段顶程为中长距离混凝土“S”型曲线混凝土顶管，总里程为613.75m，曲率半径为800m，根据众多工程实践经验，认为曲线顶管的启曲纠偏是较难的，仅通过顶管机的纠偏油缸纠偏是不够的。S型曲线起曲方法：顶管机头1由直线段进入曲线段后需要由顶管机1内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管G1和G2里的启曲油缸共同作用，才能顺利将每节管节的开口打开至设计开口量；同样，混凝土顶管在由曲线段进入直线段时，也需要顶管机内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管G1和G2里的启曲油缸共同作用，才能在顶管机1由曲线段进入直线段时将已张开的管节间开口依次闭合，最终保障能顺利完成混凝土顶管由直线-曲线-直线的完整变化过程。
请继续参考图2至图6，在本实施例中，曲线段顶程为中长距离混凝土“S”型曲线混凝土顶管，从W3工作井至W1接收井的总里程为613.75m，曲率半径为800m，本实施例的混凝土顶管施工时，在顶管机1进入到第一段曲线的ZY1即第一起曲点时，依次开启顶管机1左侧的纠偏油缸和后续两节启曲管G1和G2左侧的1、2、3号启曲油缸，强行将顶管机1与第一节启曲管G1、第一节启曲管G1与第二节启曲管G2之间的左侧开口撑开至曲线段开口量6.05mm，并采用松木板作为木衬垫逐片填实；待顶管机1由曲线段进入直线段时，将先前填入的松木板木衬垫在管节接口处依次进入QZ1即第一曲终点时及时逐一取出，随后再将左侧的1、2、3号启曲油缸依次收回，使管节间的开口逐一闭合；同理，待顶管机1进入第二段反向曲线的ZY2即第二起曲点时，依次开启顶管机1右侧的纠偏油缸和后续两节启曲管G1和G2右侧的4、5、6号启曲油缸，强行将顶管机1与第一节启曲管G1、第一节启曲管G1与第二节启曲管G2之间的右侧开口撑开至曲线段开口量6.05mm，并采用松木板木衬垫逐片填实；待顶管机1由曲线段进入直线段时，将先前填入的木衬垫在管节接口处依次进入QZ2即第二曲终点时时及时逐一取出，随后再将右侧的4、5、6号启曲油缸依次收回，使管节间的开口逐一闭合。在实际施工中，只要顶管机1与第一节启曲管G1、第一节启曲管G1与第二节启曲管G2之间的开口都能强行撑开至设计开口量并保持不回缩，后续的管节均能自动顺沿前部的管道轨迹前行，并在前导管节的开口处开口，闭合处闭合，并且开口量能保持一致。
当然，曲线顶管顶进控制首先应强化对顶管机的姿态控制，使顶管机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；此外，轨迹控制还应保证曲线轴线受控，整个曲线段管节的弯曲弧度都满足要求。曲线顶管的轨迹控制由顶管机由曲线段进入直线段后通过顶管机内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管内的启曲油缸共同作用，管节左侧或右侧张开开口，将先前设置的木衬垫在管节进入曲终点时依次逐一取出，随后再将左侧或者右侧的启曲油缸依次收回，使管节间的开口逐一闭合。
顶管机纠偏为主，启曲系统为辅助部分组成的顶进轨迹控制组合，以满足混凝土曲线顶管的顶进。
相应的，在本实施例中，为了保证顶管机的顺利顶进施工，需要注意以下几点：
1、曲线段管顶进时，需启用多组纠偏系统，形成整体弯曲弧度导向，以稳定的曲线曲率半径顶进。施工时应特别小心，并控制偏差值符合设计的曲线要求，用多个管节形成的缓和曲线来代替所需的圆弧曲线。
2、当顶管机进入曲线段，由专人量测管缝的张开量，严格按设计图纸规定量控制。
3、为防止曲线段线型不稳定，曲线段开口后混凝土管与混凝土管之间缝隙需及时用松木板塞。
4、形成曲线，后续管段在测量成果的指导下，以达到设计要求的曲线曲率半径，从而顺利进洞。
5、曲线顶进过程中最主要是掌握轴线修正技术，在曲线顶进过程中，由于顶力方向与管道轴线方向有一个夹角会产生一个垂直轴线方向的分力，使管道在顶进过程中不断向外侧漂移。因此在顶进过程中要注意下列问题：
a、在顶进过程中必须保证连续精确的测量，正确的掌握顶管机所处的位置。根据测量结果调整顶进参数，以及顶管机纠偏千斤顶的长度差值。
b、施工轴线变化处的管节内侧张角，派专人及时观测，使出现问题及时解决。
c、控制好顶进施工轴线，使其垂直轴线方向的分力小于土体侧向抗力。做好顶管机顶进的轴线与开口量的控制，使顶进轴线轨迹形成良好、规则的圆弧曲率，就可以避免因分力的作用而使轴线偏离的后果。
d、由于曲线顶进时，在每节管节转折点处容易产生背土现象，使泥浆套不连续，因此触变泥浆压注时，外侧适当增加压浆量，确保每个转折点处泥浆套的完整性。
当然，如果在测量过程中，发现管子施工顶进的线路有偏差，即要进行纠偏，尤其在曲线顶进中，一旦管子发生相对于实际路线的偏差，最终可使刃脚回到设计路线上来，但是所有的偏离都会毫不走样地作为误差保留在路线上。
为了正确地导入控制，在出现任何偏差的情况下皆不允许方向有急剧地改变。在方向改变过急的情况下，由于管端的局部集中荷载和无法控制的强制力，管子便可能发生严重的损坏，这一点并非仅是针对顶管线路最前面的几节管子而言，对全部管子来说情况同样如此。因此，必须在纠偏时取一种中间状态。与预定的线路之间偏差越小，所许的控制运动也越小，每次控制的导入必须及时且适中，否则会降低推顶效率和经济可行性。
控制误差系指实际路线与任意曲率弯曲路线之间的偏差，偏差可能出现在水平面上，也有可能出现在垂直面上，或者同时出现在两个面。而且误差有可能是正误差，也有可能是负误差。曲线顶进中，还有可能几种任意叠加。
在刚开始导入控制时，一般导入反向控制，线路的偏差仍然会进一步增大，这种情况一直延续到实际路线平行于预定路线，只有从此时起，继续导入控制，方能向计划路线返回。在曲线顶进时，校正动作更需要特别仔细，及时控制好正误差和负误差。正误差是由于曲线半径增大而引起的，即R误差＞R预定，在确定了正误差+△f之后，为使线路复原，引入校正半径R校正，很显然R校正＜＜R预定。虽然引入了校正半径，误差(+△f)需要增大至最大值f最大然后才能向预定的曲线返回，当误差△f再次达到导入校正动作时，亦即开始采用校正半径时所测得的数值，即应停止使用校正半径，而导入一过度弧线，起半径为R过度＝R误差以使用顶管机和后续管以相切的形式向预定曲线靠拢。如最后已达到该目的，即须通过最后的控制过程将顶管半径恢复至预定数值。
负误差的处理也与正误差相类似。负误差是由于规定的曲线半径以外地缩小所致，为了排除误差，需要导入一个大大超过预定半径的校正半径，当偏离达到最大时，即开始返回，因而也是一旦误差恢复到开始导入校正半径时测得的数值，即须终止使用校正半径，最后也要插入一段等于误差，半径的弧线，再能按预定半径继续前进。总之，曲线顶进过程中，发现有偏差一定要及时的校正，控制运动的导入特别要注意和细心。
综上所述，在本发明提供的混凝土曲线顶管的启曲方法中，在顶管机、后续的两节启曲管和辅助纠偏等纠偏系统对混凝土顶管曲线顶进的轨迹进行控制的基础上，通过计算曲线段开口量，从而保证在曲线段施工过程中，混凝土曲线顶管以稳定的曲率半径进行顶进，避免了每个铰接管到达曲线段起曲里程初始点时均需人工进行测量纠偏工作，节省了施工时间。混凝土曲线顶管减少了大量的场地占用，所带来的经济效益十分显著的。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (7)
1.混凝土曲线顶管的启曲方法，其特征在于，包括：
步骤一：计算曲线段的转角以及曲线段开口量；
步骤二：顶管机由直线段进入曲线段后通过顶管机内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管内的启曲油缸共同作用，每节管节到达启曲点后在开口处设置木衬垫；
步骤三：顶管机由曲线段进入直线段后通过顶管机内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管内的启曲油缸共同作用，每节管节到达曲终点后将原设置的木衬垫依次取出，管节开口顺趋势闭合；
步骤四，通过曲线段设置木衬垫，直线段取出木衬垫，最终形成设计曲率，直至完成混凝土曲线顶管施工。
2.根据权利要求1所述的启曲方法，其特征在于，所述步骤一的曲线段转角计算公式为：θ＝2×atcsin((L+0.7)/2R)，其中，θ为圆心角，L为混凝土曲线顶管管节长度，R为曲率半径。
3.根据权利要求1所述的启曲方法，其特征在于，所述曲线段开口量计算公式为：X＝LD/R，其中，X为开口量，D为管中心直径，R为曲率半径，L为混凝土曲线顶管管节长度。
4.根据权利要求1所述的启曲方法，其特征在于，所述步骤二包括在顶管机由直线段进入曲线段时，依次开启顶管机左侧或者右侧的纠偏油缸和后续两节启曲管左侧或者右侧的启曲油缸，强行将第一节启曲管与第二节启曲管及第二节启曲管与第三节顶管管节之间的左侧或者右侧开口张开至曲线段开口量，后续管节到达该启曲位置后采用木衬垫逐片填实开口缝隙。
5.根据权利要求4所述的启曲方法，其特征在于，所述步骤三包括待顶管机由曲线段进入直线段后通过顶管机内的纠偏油缸和设置在后续两节启曲管内的启曲油缸共同作用，管节左侧或右侧张开开口，将先前设置的所述木衬垫在管节进入曲终点时依次逐一取出，随后再将左侧或者右侧的启曲油缸依次收回，使管节间的开口逐一闭合。
6.根据权利要求4所述的启曲方法，其特征在于，沿着顶管机顶进方向依次布置顶管机、第一节启曲管以及第二节启曲管。
7.根据权利要求4所述的启曲方法，其特征在于，所述木衬垫为松木板。
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