CN218601716U - 用于大直径钢管顶进精度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于大直径钢管顶进精度控制装置，包括设置在顶管机上的纠偏机构，所述纠偏机构包括设置在顶管机上的传感器，所述传感器的前后端分别安装有前面板及后面板，所述顶管机的中心位置还设置有反激光源，所述反激光源发射的激光指向前面板上，位于工作井内还设置有洞外激光源，所述洞外激光源发射的激光指向后面板，所述纠偏机构还包括顶管机机内PLC及主控室PLC，所述顶管机机内PLC及主控室PLC用于接收传感器发出的信号，所述顶管机机内PLC用于控制顶管机的纠偏油缸来调整顶管机的前进姿态，该装置能够在钢管顶进的过程中合理地控制顶进精度，并做到随时矫正，随时纠偏，实时监测，保证钢管在顶进过程中的精度符合要求。

Description

用于大直径钢管顶进精度控制装置

技术领域

本实用新型涉及隧道工程设备技术领域，具体涉及一种用于大直径钢管顶进精度控制装置。

背景技术

顶管施工是一种非开挖式的地下管道施工技术，它不需要开挖地面，并且能够穿越公路、铁路、河流、地面建（构）筑物等的地下管线及通道，在世界范围内的隧道施工中已得到了广泛的应用。顶管施工主要包括预制、吊装、进洞、顶进和出洞几个步骤，在顶管施工过程中，钢管顶进时的轴线精度对于施工精确性格外的重要。

传统的钢管顶进施工过程中，往往会因为顶进精度不足而造成地面产生严重的沉降，而钢管在土体中不具有纠偏功能，此时则需要将已顶进的钢管从土体出拉出重新顶进，这样将大幅增加施工时间和施工成本，并造成极大的资源浪费。由于钢管之间连接时会产生焊缝，焊缝的存在会导致钢管整体的轴线精度存在偏差，最终导致钢管在顶进过程中发生偏离，所以钢管在顶进过程中需要时刻进行纠偏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种用于大直径钢管顶进精度控制装置，能够在钢管顶进的过程中合理地控制顶进精度，并做到随时矫正，随时纠偏，实时监测，保证钢管在顶进过程中的精度符合要求。

本实用新型中的解决技术问题采用如下技术方案：

一种用于大直径钢管顶进精度控制装置，包括设置在顶管机上的纠偏机构，所述纠偏机构包括设置在顶管机上的传感器，所述传感器的前后端分别安装有前面板及后面板，所述顶管机的中心位置还设置有反激光源，所述反激光源发射的激光指向前面板上，位于工作井内还设置有洞外激光源，所述洞外激光源发射的激光指向后面板，所述纠偏机构还包括顶管机机内PLC及主控室PLC，所述顶管机机内PLC及主控室PLC用于接收传感器发出的信号，所述顶管机机内PLC用于控制顶管机的纠偏油缸来调整顶管机的前进姿态。

本实用新型还存在以下技术特征：

所述纠偏机构还包括设置在顶管机上的光靶，所述光靶用于接收传感器发出的激光图像信号并显示。

所述纠偏机构还包括主控计算机，所述顶管机机内PLC及主控室PLC与主控计算机连接。

所述传感器与电源通讯模块连接，所述电源通讯模块用于实施对传感器供电，并且将传感器检测到的数据以电信号的方式传输至顶管机机内PLC内。

所述洞外激光源为设置在工作井内的激光经纬仪，所述激光经纬仪用于发射激光。

所述洞外激光源固定在架子上，并将架子固定在导轨上。

所述工作井内还设置有后背墙，所述后背墙上设置有后座千斤顶。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：工作井内的洞外激光源打到传感器的后面板上，可以获取顶管机机身的轴线偏差坐标，为管线的纠偏控制提供量化的依据；放置于顶管机中心的反激光源打到传感器的前面板上，可获取刀盘中心的偏差坐标，为顶管机机头的纠偏控制提供量化的依据，该装置可精确的实时监测顶管机的轴线偏差，同时可精确的实时监测顶管机刀盘中心的轴线偏差，对机头纠偏具有前瞻性、数字化，这可为操作人员提供准确可靠的、可量化的纠偏依据，纠偏精度达到毫米级，极大方便操作员勤测勤纠，保证钢管在顶进的任何时候的偏差量都在容许的范围内。

附图说明

图1是用于大直径钢管顶进精度控制装置的主视图；

图2为用于大直径钢管顶进精度控制装置的原理示意图；

图3和图4为钢管幕掘进机正反两面平面图；

图5为顶管机内激光导向系统示意图。

具体实施方式

参照图1至图5，对本一种用于大直径钢管顶进精度控制装置的结构特征详述如下：

一种用于大直径钢管顶进精度控制装置，包括设置在顶管机100上的纠偏机构，所述纠偏机构包括设置在顶管机100上的传感器200，所述传感器200的前后端分别安装有前面板310及后面板320，所述顶管机100的中心位置还设置有反激光源410，所述反激光源410发射的激光指向前面板310上，位于工作井内还设置有洞外激光源420，所述洞外激光源420发射的激光指向后面板320，所述纠偏机构还包括顶管机机内PLC及主控室PLC，所述顶管机机内PLC及主控室PLC用于接收传感器200发出的信号，所述顶管机机内PLC用于控制顶管机100的纠偏油缸110来调整顶管机100的前进姿态。

为获得前面板310及后面板320上的图像信号，所述纠偏机构还包括设置在顶管机100上的光靶430，所述光靶430用于接收传感器200发出的激光图像信号并显示。

具体地，所述纠偏机构还包括主控计算机，所述顶管机机内PLC及主控室PLC与主控计算机连接。

所述传感器200与电源通讯模块210连接，所述电源通讯模块210用于实施对传感器200供电，并且将传感器200检测到的数据以电信号的方式传输至顶管机机内PLC内。

具体地，所述洞外激光源420为设置在工作井内的激光经纬仪，所述激光经纬仪用于发射激光。

所述洞外激光源420固定在架子421上，并将架子421固定在导轨422上。

所述工作井内还设置有后背墙610，所述后背墙610上设置有后座千斤顶620。

在钢管始发过程中，需要严格控制其轴线精度。首先应进行轴线放样，并利用吊机将可拼接式的导轨吊放至轴线上，调节导轨的高程和水平，直至其符合要求。使用一个可调整高度和水平的架子固定激光经纬仪，并将架子通过焊接或螺栓连接的方式固定在后背墙和导轨上。顶管机的前节后部的中心具有一个靶位，激光经纬仪发射的激光需要瞄准靶位，激光束在顶进过程中可以做到实时监测。靶位反射回的激光传输到控制台的显示器上，若反射光位于靶位的中心，则表示顶进轴线符合要求；若反射光发生偏离，则应将已顶进的部分管节从土体中拉出，重新顶进。

在钢管顶进过程中，需要控制顶进的精度测量指标。具体的控制指标如表1所示。

表1 大直径钢管顶进轴线精度控制值

若发现钢管位置偏离预警值，应及时采取纠偏措施。

在钢管接收过程中，需要精确控制顶管机机头的位置。当顶管机进入接收段时，应对机头位置进行精确的测量，计算出机头中心与轨迹设计轴线的偏差，同时对接收孔口中心进行复核测量，确定顶管机的贯通姿态。若机头中心与轨迹设计轴线存在较大的偏差，应制定逐步纠偏方案。

在掘进机姿态控制及纠偏过程中，使用顶管机机头处的四个纠偏千斤顶，纠偏千斤顶在四个方向各有一个。在顶进过程中，需要时刻注意钢管顶进时的姿态，保证激光经纬仪发射的激光位于靶位的中心，做到“边顶进边纠偏”。在纠偏过程中，应根据反射光的位置朝反方向矫正。

该精度控制方法能够做到实时监测，及时纠偏，及时矫正。使用时仅需要将激光经纬仪固定在合理的位置上，使得激光轴线与钢管轴线重合，并使激光能够发射到顶管机靶位的中心。当发现激光偏离靶位中心时，应在控制台调整四个纠偏千斤顶的位置，使得顶管恢复到原轴线位置。若顶管轴线偏差已超过最大允许误差，则需要将顶管从土体中拉出，重新顶进。

顶管机100在顶进过程中，由于刀盘周转或摆动切削土体时对土体有力矩作用，自然土体同时对刀盘也有反作用力。当机身与土体的摩擦力较小时，土体的反作用力很容易使机身扭转。为了防止扭转，在钢管始发阶段，可在始发托架两侧加焊弧形钢板，限制顶管机身两侧空间，从而使顶管机不能发生扭转。在钢管顶进阶段，当顶管机将发生扭转时，可以通过机身两侧抗扭翼板来限制机身的扭转。

利用基坑附近的临时导线点和基坑内平面控制点，采用拨角法放样两轴线点（此两点确定一条轴线），用红铅笔在支撑围檩进行表示；然后对放样点位进行测定计算：若点位不对，则进行平移，直至点位误差≤0.5mm。其中拨角与测距各不少于2测回，以确保轴线点位精度。此两点用射钉枪定位容易产生偏差，故采用方法如下：精确放样后，用红铅笔进行标识，再用清漆涂刷，确保易辨识且不会丢失。

放置激光经纬仪的架子421应与后背墙610和导轨422连接，架子421的螺栓松动时，可调整架子421的水平和精度。架子421的螺栓固定时，应保证激光经纬仪发射的激光能够瞄准靶位的中心。

优选的，导轨422应采用可拼接式的结构。导轨422应在顶进之前在工厂预制，运输至现场之后根据始发井的长度分节拼装，并通过吊机吊装至始发井内。根据放线调整其轴线、高程和水平，保证导轨轴线和钢管顶进轴线在同一垂直平面内。将架子通过螺栓固定在导轨上。将钢管吊放至导轨上，钢管的轴线与顶进轴线重合。

确保导轨422的制作及安装精度，要求导轨422四角的高程和轴线误差小于1mm。

纠偏机构在钢管顶进至50m之后才能发挥作用。由于钢管整体表现出刚性，纠偏原理为纠偏千斤顶620使得钢管发生变形。

顶进过程中允许的轴线误差为正3cm，负5cm，左右两侧各为3cm。

反射光在显示器位置偏上时，则应使顶管机向下掘进；反射光在显示器位置偏下时，则应使顶管机向上掘进；反射光在显示器位置偏左时，则应使顶管机向右掘进；反射光在显示器位置偏右时，则应使顶管机向左掘进。

该装置能够做到在钢管顶进过程中实时监测，及时调整，实现钢管顶进施工的动态化控制。同时也能够增加顶进施工的精度，进一步降低地表的沉降和施工风险，提高施工效率。

传统的精度控制方法仅仅依靠全站仪和放线，不但效率低下，而且放线过程中施工人员存在着严重的风险。在钢管顶进过程中，需要降低施工速度来换取施工精度，严重影响到钢管的顶进效率。

该装置可精确地实时监测顶管机的轴线偏差，并可精确地实时监测顶管机100刀盘中心的轴线偏差，以实现对顶管机机头纠偏的前瞻性和数字化。纠偏精度达到毫米级，极大地方便操作，实现勤测勤纠，保证钢管在顶进的任何时候的偏差量都在容许的范围内。

顶管机机头处具有四个纠偏千斤顶，千斤顶布置于四个方向，能够实现“边顶进边纠偏”。通过控制台显示屏中的反射光的位置，使用千斤顶的油缸让钢管变形，待顶管恢复至原轴线位置时再通过纠偏千斤顶使钢管轴线与顶进轴线重合。

顶管机机身两侧设置有抗扭翼板，并在始发托架两侧焊接弧形钢板，能够有效地降低顶管机在始发和顶进过程中的扭转现象，从而降低施工风险，提高施工效率。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于大直径钢管顶进精度控制装置，其特征在于：包括设置在顶管机（100）上的纠偏机构，所述纠偏机构包括设置在顶管机（100）上的传感器（200），所述传感器（200）的前后端分别安装有前面板（310）及后面板（320），所述顶管机（100）的中心位置还设置有反激光源（410），所述反激光源（410）发射的激光指向前面板（310）上，位于工作井内还设置有洞外激光源（420），所述洞外激光源（420）发射的激光指向后面板（320），所述纠偏机构还包括顶管机机内PLC及主控室PLC，所述顶管机机内PLC及主控室PLC用于接收传感器（200）发出的信号，所述顶管机机内PLC用于控制顶管机（100）的纠偏油缸（110）来调整顶管机（100）的前进姿态。

2.根据权利要求1所述的用于大直径钢管顶进精度控制装置，其特征在于：所述纠偏机构还包括设置在顶管机（100）上的光靶（430），所述光靶（430）用于接收传感器（200）发出的激光图像信号并显示。

3.根据权利要求2所述的用于大直径钢管顶进精度控制装置，其特征在于：所述纠偏机构还包括主控计算机，所述顶管机机内PLC及主控室PLC与主控计算机连接。

4.根据权利要求3所述的用于大直径钢管顶进精度控制装置，其特征在于：所述传感器（200）与电源通讯模块（210）连接，所述电源通讯模块（210）用于实施对传感器（200）供电，并且将传感器（200）检测到的数据以电信号的方式传输至顶管机机内PLC内。

5.根据权利要求1所述的用于大直径钢管顶进精度控制装置，其特征在于：所述洞外激光源（420）为设置在工作井内的激光经纬仪，所述激光经纬仪用于发射激光。

6.根据权利要求5所述的用于大直径钢管顶进精度控制装置，其特征在于：所述洞外激光源（420）固定在架子（421）上，并将架子（421）固定在导轨（422）上。

7.根据权利要求6所述的用于大直径钢管顶进精度控制装置，其特征在于：所述工作井内还设置有后背墙（610），所述后背墙（610）上设置有后座千斤顶（620）。

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