CN108871829B - 一种曲线管幕机试验装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曲线管幕机试验装置及其测试方法，解决了现有技术中曲线管幕机顶推、出渣、姿态控制难，缺乏理论及实验依据的问题。本发明包括主机、钢管节和顶推机构，地面上设有用于支撑顶推机构的桩基，顶推机构与桩基固定连接，桩基上设有悬臂吊，主机设置在钢管节的一端，钢管节的另一端穿过顶推机构，顶推机构上设有导向机构和辅助设备，主机通过设置在钢管节内部的管线与辅助设备相连接，导向机构与钢管节相对应，悬臂吊设置在钢管节的一侧且与钢管节相连接。本发明以地面试验模拟地下暗挖工况，实现曲线钢管节顶进的同时，测试曲线管幕机各系统的运行性能，验证施工精度及设计合理性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种曲线管幕机试验装置及其测试方法。
背景技术
曲线管幕法是通过小型管幕机实现土体开挖，后部顶进钢管节到土体中配合冷冻工法等形成超前支护，然后再开挖施工主体结构的一种新型非开挖地下空间构筑技术，对于埋深浅、断面不规则、横向跨度大、地质条件复杂的地下工程，如地铁车站、地下商场、地铁联络通道、隧道分流结合部等，相比其他施工方法有地面环境影响小、适应性强、安全性高的优点，具有广泛的应用前景。
目前，直线管幕技术已经逐步成熟，但曲线管幕机仍处于技术研究阶段。不同于直线，曲线管幕机顶进作业状态时，管幕机承受地下水土压力是一个随设计轴线动态变化的过程，计算检测困难，受力状况复杂多变，且对于小直径曲线管幕，常规的盾构导向机构已无法满足需求，同时小直径曲线管幕机面临顶推、出渣、姿态控制等难题，曲线管幕机的设计缺乏理论及实验依据。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种曲线管幕机试验装置及其测试方法，用于研究曲线管幕机各系统的性能，探索曲线顶进过程中顶推力及各参数变化规律，解决了现有技术中曲线管幕机顶推、出渣、姿态控制难，缺乏理论及实验依据的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种曲线管幕机试验装置，包括主机、钢管节和顶推机构，地面上设有用于支撑顶推机构的桩基，顶推机构与桩基固定连接，桩基上设有悬臂吊，主机设置在钢管节的一端，钢管节的另一端穿过顶推机构，顶推机构上设有导向机构和辅助设备，主机通过设置在钢管节内部的管线与辅助设备相连接，导向机构与钢管节相对应，悬臂吊设置在钢管节的一侧且与钢管节相连接。
所述顶推机构包括支撑架、抱紧机构和管节限位机构，抱紧机构位于与支撑架的下部，管节限位机构与支撑架固定连接，支撑架上设有工作平台，工作平台的底部设有顶推油缸，顶推油缸的伸缩端与抱紧机构相连接。
所述支撑架上设有至少一个管节限位机构，管节限位机构与钢管节相配合；管节限位机构包括上部抱箍和下部抱箍，上部抱箍通过调节螺栓、调节螺母与下部抱箍相连接；上部抱箍的内壁和下部抱箍的内壁上均设有内衬。
所述下部抱箍的两侧对称设有凹榫，上部抱箍的两侧对称设有凸榫，凸榫与凹榫相配合，调节螺栓依次穿过凹榫与凸榫。
所述钢管节主要由若干个分管节焊接而成，分管节为中空结构，与主机相连接的分管节中设有两个压力检测装置，两个压力检测装置分别设置在分管节的上壁和下壁上。
所述导向机构包括激光发射器、中继器和激光接收器，激光发射器设置在顶推机构上部，中继器设置在分管节内部，激光接收器设置在主机的尾部，激光发射器与中继器相对应，中继器与激光接收器相对应。
一种曲线管幕机试验装置的测试方法，包括以下步骤：a、将顶推机构安装在桩基上，将同一环的分管节焊接成待推进的钢管节；
b、将焊接好的钢管节及主机通过悬臂吊吊装在顶推机构上；
c、测量主机开始掘进时进入土体的位置坐标及角度，根据曲线形钢管节的曲率计算出主机在掘进过程中及露出地面时的位置坐标；
d、在掘进过程中，通过导向机构实时监测主机的位置坐标及姿态坐标，然后将位置坐标及姿态坐标与理论值对比，检验曲线管幕机的掘进精度；
e、通过压力检测装置检测主机在不同位置时的土压力，通过顶推油缸的压力传感器检测实时顶推力大小。
所述步骤a中分管焊接成钢管节包括如下步骤：S1：将对接的两个分管节或分管节与主机的连接处调整至对接环开孔位置；
S2：通过调整螺钉调节两个分管节或分管节与主机的焊接位置完全对齐后，在对接环中部开孔位置对分管节进行初步焊接固定；
S3：松开微调螺钉，将对接环从焊缝处移除，继续完成整体焊接。
所述对接环为环形体，环形体的中部设有若干个开孔，开孔位于同一圆环上，相邻两个开孔之间设有调整螺钉。
本发明够以地面试验模拟地下暗挖工况，实现曲线钢管节顶进的同时，测试曲线管幕机各系统的运行性能，验证施工精度及设计合理性。本试验装置能够进行定曲率掘进，形成小直径曲线隧道，以地面试验模拟地下暗挖工况，检验曲线管幕机运行可靠性、稳定性，具有结构简单、操作方便的特点。曲线管幕机测试方法能够通过导向机构、土压传感器、压力传感器检测曲线管幕机的掘进精度及力学传递规律，为曲线管幕机的工程设计提供试验依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明压力夹持装置布置示意图。
图3为顶推机构结构示意图。
图4为管节限位机构结构示意图。
图5为导向机构结构示意图。
图6为对接环结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，实施例1，一种曲线管幕机试验装置，包括主机1、钢管节2和顶推机构4，地面上设有用于支撑顶推机构4的桩基3，桩基设置于地下，顶面与周边地面齐平，下部是抗拔桩结构。顶推机构4与桩基3固定连接，悬臂吊6与桩基连接，用于吊装主机及钢管节，主机1设置在钢管节2的一端，钢管节2的另一端穿过顶推机构4，钢管节为中空分节结构，设置于主机后部，其轴线具有一定的曲率半径；主机与钢管节从顶推装置中穿过。顶推机构4上设有导向机构5和辅助设备8，主机1通过设置在钢管节2内部的管线7与辅助设备8相连接，辅助设备设置于地面，为主机提供电力、动力、减摩剂等。导向机构5与钢管节2相对应，悬臂吊6设置在钢管节2的一侧且与钢管节2相连接，用于吊装主机及钢管节。
进一步，所述顶推机构4包括支撑架401、抱紧机构403和管节限位机构405，抱紧机构403位于与支撑架401的下部，管节限位机构405与支撑架401固定连接，支撑架与桩基固定连接，支撑架401上设有工作平台402，工作平台为箱型结构，中心位置开孔，主机及钢管节从孔内穿过，侧部设置有爬梯；工作平台402的底部设有顶推油缸404，顶推油缸404的伸缩端与抱紧机构403相连接，顶推油缸数量为两个，对称布置在钢管节两侧，顶推油缸一端与工作平台铰接，另一端与抱紧机构铰接，顶推油缸设置有压力传感器，能够实时监测顶推油缸的顶推力大小。抱紧机构是具有夹紧和松开钢管节功能的夹紧机构，夹紧钢管节后能在顶推油缸作用下带动钢管节移动。
进一步，所述支撑架401上设有三个管节限位机构405，其中两个位于工作平台上部，与工作平台连接，另一个位于抱紧机构下部与支撑架连接。三个管节限位机构位于同一弧面上，管节限位机构405与钢管节2相配合。管节限位机构405包括上部抱箍4051和下部抱箍4052，上部抱箍4051通过调节螺栓4053、调节螺母4054与下部抱箍4052相连接，扣合形成圆环。上部抱箍4051的内壁和下部抱箍4052的内壁上均设有内衬4055，通过内衬减小与钢管节之间的摩擦力。所述下部抱箍4052的两侧对称设有凹榫4056，上部抱箍4051的两侧对称设有凸榫4057，凸榫4057与凹榫4056相配合，调节螺栓4053依次穿过凹榫4056与凸榫4057。采用凹凸榫结构扣合，通过调节螺母调整上部抱箍和下部抱箍的间隙，提高安装精度。
一种曲线管幕机试验装置的测试方法，包括以下步骤：a、将顶推机构安装在桩基上，将同一环上的分管节焊接成待推进的钢管节，前一个钢管节被推进之后，后一个钢管节再向前推进；
b、将焊接好的钢管节及主机通过悬臂吊吊装在顶推机构上；
c、测量主机开始掘进时进入土体的位置坐标及角度，根据曲线形钢管节的曲率计算出主机在掘进过程中及露出地面时的位置坐标；
d、在掘进过程中，通过导向机构实时监测主机的位置坐标及姿态坐标，然后将位置坐标及姿态坐标与理论值对比，检验曲线管幕机的掘进精度；
e、通过压力检测装置检测主机在不同位置时的土压力，通过顶推油缸的压力传感器检测实时顶推力大小。
所述步骤a中分管焊接成钢管节包括如下步骤：S1：将对接的两个分管节或分管节与主机的连接处调整至对接环10开孔位置；所述对接环10为环形体，环形体的中部设有若干个开孔，开孔位于同一圆环上，相邻两个开孔之间设有调整螺钉11。
S2：通过调整螺钉调节两个分管节或分管节与主机的焊接位置完全对齐后，在对接环中部开孔位置对分管节进行初步焊接固定；
S3：松开微调螺钉，将对接环从焊缝处移除，继续完成整体焊接。
实施例2，一种曲线管幕机试验装置，所述钢管节2主要由若干个分管节焊接而成，分管节为中空结构，分管节与主机或相邻分管节之间均焊接，焊接时使用对接环实现精准定位。与主机1相连接的分管节中设有两个压力检测装置9，两个压力检测装置9分别设置在分管节的上壁和下壁上；用于检测主机在不同位置处的土压力。
进一步，所述导向机构5包括激光发射器501、中继器502和激光接收器503，激光发射器501设置在顶推机构4上部，中继器502设置在分管节内部，激光接收器503设置在主机1的尾部，激光发射器501与中继器502相对应，中继器502与激光接收器503相对应。每节分管节内设置一个中继器，固定在每根分管节的相同位置，保证中继器的激光能照射到前一个中继器，最前一个中继器能照射到主机尾部的激光接收器，激光发射器固定于钢管节外部，保证在管节推进过程中，激光始终能照射到最后一个中继器。
其他结构与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种曲线管幕机试验装置，其特征在于：包括主机（1）、钢管节（2）和顶推机构（4），地面上设有用于支撑顶推机构（4）的桩基（3），顶推机构（4）与桩基（3）固定连接，桩基（3）的上设有悬臂吊（6），主机（1）设置在钢管节（2）的一端，钢管节（2）的另一端穿过顶推机构（4），顶推机构（4）上设有导向机构（5）和辅助设备（8），主机（1）通过设置在钢管节（2）内部的管线（7）与辅助设备（8）相连接，导向机构（5）与钢管节（2）相对应，悬臂吊（6）设置在钢管节（2）的一侧且与钢管节（2）相连接；
所述钢管节（2）主要由若干个分管节焊接而成，分管节为中空结构，与主机（1）相连接的分管节中设有两个压力检测装置（9），两个压力检测装置（9）分别设置在分管节的上壁和下壁上；
所述导向机构（5）包括激光发射器（501）、中继器（502）和激光接收器（503），激光发射器（501）设置在顶推机构（4）上部，中继器（502）设置在分管节内部，激光接收器（503）设置在主机（1）的尾部，激光发射器（501）与中继器（502）相对应，中继器（502）与激光接收器（503）相对应。
2.根据权利要求1所述的曲线管幕机试验装置，其特征在于：所述顶推机构（4）包括支撑架（401）、抱紧机构（403）和管节限位机构（405），抱紧机构（403）位于与支撑架（401）的下部，管节限位机构（405）与支撑架（401）固定连接，支撑架（401）上设有工作平台（402），工作平台（402）的底部设有顶推油缸（404），顶推油缸（404）的伸缩端与抱紧机构（403）相连接。
3.根据权利要求2所述的曲线管幕机试验装置，其特征在于：所述支撑架（401）上设有至少一个管节限位机构（405），管节限位机构（405）与钢管节（2）相配合；管节限位机构（405）包括上部抱箍（4051）和下部抱箍（4052），上部抱箍（4051）通过调节螺栓（4053）、调节螺母（4054）与下部抱箍（4052）相连接；上部抱箍（4051）的内壁和下部抱箍（4052）的内壁上均设有内衬（4055）。
4.根据权利要求3所述的曲线管幕机试验装置，其特征在于：所述下部抱箍（4052）的两侧对称设有凹榫（4056），上部抱箍（4051）的两侧对称设有凸榫（4057），凸榫（4057）与凹榫（4056）相配合，调节螺栓（4053）依次穿过凹榫（4056）与凸榫（4057）。
5.一种如权利要求1所述的曲线管幕机试验装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：a、将顶推机构安装在桩基上，将同一环的分管节焊接成待推进的钢管节；顶推机构包括支撑架、抱紧机构和管节限位机构，抱紧机构位于与支撑架的下部，管节限位机构与支撑架固定连接，支撑架上设有工作平台，工作平台的底部设有顶推油缸，顶推油缸设置有压力传感器；
b、将焊接好的钢管节及主机通过悬臂吊吊装在顶推机构上；
c、测量主机开始掘进时进入土体的位置坐标及角度，根据曲线形钢管节的曲率计算出主机在掘进过程中及露出地面时的位置坐标；
d、在掘进过程中，通过导向机构实时监测主机的位置坐标及姿态坐标，然后将位置坐标及姿态坐标与理论值对比，检验曲线管幕机的掘进精度；
e、通过压力检测装置检测主机在不同位置时的土压力，通过顶推油缸的压力传感器检测实时顶推力大小。
6.根据权利要求5所述的曲线管幕机试验装置的测试方法，其特征在于：所述步骤a中分管焊接成钢管节包括如下步骤：S1：将对接的两个分管节或分管节与主机的连接处调整至对接环（10）开孔位置；
S2：通过调整螺钉调节两个分管节或分管节与主机的焊接位置完全对齐后，在对接环中部开孔位置对分管节进行初步焊接固定；
S3：松开微调螺钉，将对接环从焊缝处移除，继续完成整体焊接。
7.根据权利要求6所述的曲线管幕机试验装置的测试方法，其特征在于：所述对接环（10）为环形体，环形体的中部设有若干个开孔，开孔位于同一圆环上，相邻两个开孔之间设有调整螺钉（11）。
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Legal Events
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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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