CN108458164B - 一种人工顶管控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工顶管控制方法及控制系统，通过在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。再通过人工调节千金顶来调节水泥砼管的顶进方向。能够在人工顶管施工中纠正管道在地下延伸的偏差，对顶进方向进行有效控制，实现纠偏控制系统与顶进设备一体化，提高安全性，有效减小管道顶进过程中管道纠偏的难度，降低综合成本。
Description
技术领域
本发明涉及市政工程建设中关于人工地下顶管技术领域，具体涉及一种人工顶管控制方法及控制系统。
背景技术
在城市道路拓宽改造项目中地质比较复杂，施工时既要考虑施工工期，又要考虑封闭交通问题，如果按常规施工方法施工(开槽放坡、开槽支护)不能保证周围建筑物的安全，同时施工成本提高，无法保证工期。还有在常规施工方法中，采用开槽施工需要采取一定的沟槽支护措施，一但施工环境发生变化，施工条件复杂，施工工期较长，周围管线无法保证安全，施工成本提高。因此必须研究新施工方法才能使工程顺利展开。
人工顶管施工是一种非开挖施工方法，能够不开挖或者少开挖而实现管道埋设，它通过在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度和方向顶入图中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具关或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内。现有的顶进机缺乏钻刀与运土设备的配合，钻刀钻松土壤后，需要人工挖取并运走土壤。
在人工顶管施工中，由于是依靠多套液压千斤顶在沉井内将管道一端一端的水平顶入地下，由于人工顶管过程中，各种因素导致管道偏离直线运行时有发生，一旦管道偏离直线运行，就可能到达不了指定位置，需要采用人工全面开挖进行补救，在施工周期和成本上都会提高。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术不足，目的在于提供一种人工顶管控制方法及控制系统，解决在人工顶管中，管道易出现方向偏差，当出现偏差时无法及时监控及调整的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种人工顶管控制方法，包括步骤：
步骤1)在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；
步骤2)在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；
步骤3)将后续顶入的水泥砼管与已顶入的水泥砼管端头对接，相连的两根水泥砼管的激光探测管前后相互对直；
步骤4)在顶管外端的水泥砼管端头环绕设有多套千金顶，通过千金顶将水泥砼管每顶进20cm-30cm，通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。
本发明一种人工顶管控制方法，根据人工顶管的施工情况，由于人工顶管受各种技术条件的限制，地下顶管由于深度的限制，利用卫星对顶管进行定位受到信号的限制，采用普通的激光检测，由于水泥砼管是被插入地下的，管道内外均是被土壤覆盖，所以通过激光也无法检测前后水泥砼管是否在一条直线上，本发明通过在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。再通过人工调节千金顶来调节水泥砼管的顶进方向。
本发明能够在人工顶管施工中纠正管道在地下延伸的偏差，对顶进方向进行有效控制，实现纠偏控制系统与顶进设备一体化，提高安全性，有效减小管道顶进过程中管道纠偏的难度，提高纠偏精度，缩短纠偏时间，降低综合成本。
进一步的，还包括步骤5)，根据计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差，通过人工调节对应顶压方向的千金顶来调节水泥砼管的顶进方向。
进一步的，所述步骤1)，激光探测管在水泥砼管浇注时预埋在管道内，所述激光探测管两端设有接头端。
进一步的，所述接头端为环型凹止口，当相邻两根水泥砼管端头对接时，采用接头管道插设在两根水泥砼管接头端的环型凹止内。
进一步的，所述步骤4)，在顶管外端的另一条水泥砼管的激光探测管内也放置激光发射器；通过两台激光发射器发射的激光照射在对应的PSD传感器上形成光斑，两件PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度平均误差。
进一步的，所述PSD传感器通过数据线与计算机连接，所述数据线穿设在激光探测管内。
本发明通过下述另一技术方案实现：
一种人工顶管控制系统，包括千斤顶和水泥砼管，在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；将后续顶入的水泥砼管与已顶入的水泥砼管端头对接，相连的两根水泥砼管的激光探测管前后相互对直；在顶管外端的水泥砼管端头环绕设有多套千金顶，通过千金顶将水泥砼管每顶进20cm-30cm，通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。
进一步的，所述激光探测管在水泥砼管浇注时预埋在管道内，所述激光探测管两端设有接头端；
所述接头端为环型凹止口，当相邻两根水泥砼管端头对接时，采用接头管道插设在两根水泥砼管接头端的环型凹止内；
在顶管外端的另一条水泥砼管的激光探测管内也放置激光发射器；通过两台激光发射器发射的激光照射在对应的PSD传感器上形成光斑，两件PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度平均误差；；所述PSD传感器通过数据线与计算机连接，所述数据线穿设在激光探测管内。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种人工顶管控制方法及控制系统，根据人工顶管的施工情况，由于人工顶管受各种技术条件的限制，地下顶管由于深度的限制，利用卫星对顶管进行定位受到信号的限制，采用普通的激光检测，由于水泥砼管是被插入地下的，管道内外均是被土壤覆盖，所以通过激光也无法检测前后水泥砼管是否在一条直线上，本发明通过在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。再通过人工调节千金顶来调节水泥砼管的顶进方向。
本发明能够在人工顶管施工中纠正管道在地下延伸的偏差，对顶进方向进行有效控制，实现纠偏控制系统与顶进设备一体化，提高安全性，有效减小管道顶进过程中管道纠偏的难度，提高纠偏精度，缩短纠偏时间，降低综合成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明水泥砼管上激光探测管的布置结构示意图；
图2为本发明顶管状态结构示意图；
图3为本发明顶管控制原理示意图；
附图中标记及对应的零部件名称：
1-水泥砼管，2-激光探测管，3-PSD传感器，4-计算机，5-千金顶，6-接头端，7-接头管道，8-激光发射器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1-3所示，本发明一种人工顶管控制方法，包括步骤：
步骤1)在每根水泥砼管1的管壁内对称有两条激光探测管2，激光探测管2可以通过预埋管道(无缝钢管)形成，也可以通过模具浇注而成；
步骤2)在顶管前端的水泥砼管1的每条激光探测管2内设置PSD传感器3，在水泥砼管1外设有与PSD传感器3连接的计算机4，计算机4设置在沉井内，便于工人实时监控顶管的顶进方向；
步骤3)将后续顶入的水泥砼管1与已顶入的水泥砼管端头对接，相连的两根水泥砼管的激光探测管前后相互对直，在两根水泥砼管对接时，采用气枪将准备对接的水泥砼管的激光探测管2吹扫干净，防止有杂物遮挡激光传导；
步骤4)在顶管外端的水泥砼管端头环绕设有四套千金顶，在水泥砼管端头上水平和竖直分别设有两套，便于后期针对四个方位调节千斤顶，通过千金顶将水泥砼管每顶进20cm-30cm，通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。
还包括步骤5)，根据计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差，通过人工调节对应顶压方向的千金顶5来调节水泥砼管的顶进方向。
所述步骤1)，激光探测管在水泥砼管浇注时预埋在管道内，所述激光探测管两端设有接头端。
所述接头端6为环型凹止口，当相邻两根水泥砼管端头对接时，采用接头管道7插设在两根水泥砼管接头端的环型凹止内。接头管道7的内径和激光探测管2的内径相同，管道对接后，整个连通的激光探测管2是平滑通空结构。
所述步骤4)，在顶管外端的另一条水泥砼管的激光探测管内也放置激光发射器8；通过两台激光发射器发射的激光照射在对应的PSD传感器上形成光斑，两件PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度平均误差。
所述PSD传感器通过数据线与计算机连接，所述数据线穿设在激光探测管内。
本发明可以采用一套PSD传感器3、激光发射器8和计算机4即可完成管道直线校准，采用两套，可以通过平均值来校准，也可以将另一套数据作为参考，当偏差较大，需要停止顶管检测问题，待恢复正常才可以开始顶管。
本发明一种人工顶管控制方法，根据人工顶管的施工情况，由于人工顶管受各种技术条件的限制，地下顶管由于深度的限制，利用卫星对顶管进行定位受到信号的限制，采用普通的激光检测，由于水泥砼管是被插入地下的，管道内外均是被土壤覆盖，所以通过激光也无法检测前后水泥砼管是否在一条直线上，本发明通过在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。再通过人工调节千金顶来调节水泥砼管的顶进方向。
本发明能够在人工顶管施工中纠正管道在地下延伸的偏差，对顶进方向进行有效控制，实现纠偏控制系统与顶进设备一体化，提高安全性，有效减小管道顶进过程中管道纠偏的难度，提高纠偏精度，缩短纠偏时间，降低综合成本。
实施例2
如图1-3所示，本发明一种人工顶管控制系统，包括千斤顶和水泥砼管，其特征在于：在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，PSD(Position Sensitive detector)是位置敏感检测器。它分为一维PSD和二维PSD两个类型产品。PSD是由一个或两个具有均匀阻抗表面组成的PIN光电二极管,它与分立元素探测器相比具有位置分辨率高、反应电流简单、快速(与光点位置有关)等优点。
在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；将后续顶入的水泥砼管与已顶入的水泥砼管端头对接，相连的两根水泥砼管的激光探测管前后相互对直；在顶管外端的水泥砼管端头环绕设有多套千金顶，通过千金顶将水泥砼管每顶进20cm-30cm，通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。
所述激光探测管在水泥砼管浇注时预埋在管道内，所述激光探测管两端设有接头端；
所述接头端为环型凹止口，当相邻两根水泥砼管端头对接时，采用接头管道插设在两根水泥砼管接头端的环型凹止内；
在顶管外端的另一条水泥砼管的激光探测管内也放置激光发射器；通过两台激光发射器发射的激光照射在对应的PSD传感器上形成光斑，两件PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度平均误差；；所述PSD传感器通过数据线与计算机连接，所述数据线穿设在激光探测管内。
本发明一种人工顶管控制系统，根据人工顶管的施工情况，由于人工顶管受各种技术条件的限制，地下顶管由于深度的限制，利用卫星对顶管进行定位受到信号的限制，采用普通的激光检测，由于水泥砼管是被插入地下的，管道内外均是被土壤覆盖，所以通过激光也无法检测前后水泥砼管是否在一条直线上，本发明通过在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差。再通过人工调节千金顶来调节水泥砼管的顶进方向。
本发明能够在人工顶管施工中纠正管道在地下延伸的偏差，对顶进方向进行有效控制，实现纠偏控制系统与顶进设备一体化，提高安全性，有效减小管道顶进过程中管道纠偏的难度，提高纠偏精度，缩短纠偏时间，降低综合成本。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种人工顶管控制方法，其特征在于：包括步骤：
步骤1）在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；
步骤2）在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；
步骤3）将后续顶入的水泥砼管与已顶入的水泥砼管端头对接，相连的两根水泥砼管的激光探测管前后相互对直；
步骤4）在顶管外端的水泥砼管端头环绕设有多套千金顶，通过千金顶将水泥砼管每顶进20cm-30cm，通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差；
还包括步骤5），根据计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差，通过人工调节对应顶压方向的千金顶来调节水泥砼管的顶进方向。
2.根据权利要求1所述的一种人工顶管控制方法，其特征在于：所述步骤1），激光探测管在水泥砼管浇注时预埋在管道内，所述激光探测管两端设有接头端。
3.根据权利要求2所述的一种人工顶管控制方法，其特征在于：所述接头端为环型凹止口，当相邻两根水泥砼管端头对接时，采用接头管道插设在两根水泥砼管接头端的环型凹止内。
4.根据权利要求1所述的一种人工顶管控制方法，其特征在于：所述步骤4），在顶管外端的另一条水泥砼管的激光探测管内也放置激光发射器；通过两台激光发射器发射的激光照射在对应的PSD传感器上形成光斑，两件PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度平均误差。
5.根据权利要求1所述的一种人工顶管控制方法，其特征在于：所述PSD传感器通过数据线与计算机连接，所述数据线穿设在激光探测管内。
6.一种人工顶管控制系统，包括千斤顶和水泥砼管，其特征在于：在每根水泥砼管的管壁内对称有两条激光探测管；在顶管前端的水泥砼管的每条激光探测管内设置PSD传感器，在水泥砼管外设有与PSD传感器连接的计算机；将后续顶入的水泥砼管与已顶入的水泥砼管端头对接，相连的两根水泥砼管的激光探测管前后相互对直；在顶管外端的水泥砼管端头环绕设有多套千金顶，通过千金顶将水泥砼管每顶进20cm-30cm，通过在顶管外端的一条水泥砼管的激光探测管内放置激光发射器；所述激光发射器发射的激光照射在PSD传感器上形成光斑，PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度误差；
所述激光探测管在水泥砼管浇注时预埋在管道内，所述激光探测管两端设有接头端；
所述接头端为环型凹止口，当相邻两根水泥砼管端头对接时，采用接头管道插设在两根水泥砼管接头端的环型凹止内；
在顶管外端的另一条水泥砼管的激光探测管内也放置激光发射器；通过两台激光发射器发射的激光照射在对应的PSD传感器上形成光斑，两件PSD传感器收集并记录下光斑位置变化的信息，通过计算机分析收集到的数据评定水泥砼管的直线度平均误差；所述PSD传感器通过数据线与计算机连接，所述数据线穿设在激光探测管内。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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