超长距离大口径钢顶管曲线顶进轨迹的控制技术

纠偏钢 管起 到 ２方 面 的作 用 。
（） １ 转角分散作用。二级纠偏管的设置相当于增
加 了可 转动 的接 头 ， 与 后 面 的 自适 应 伸 缩 节将 １个 它 转角 分 散 成 多 个 转 角 ， 而使 转 角 不 断 减 少 ， 就 避 从 这 免 了机 头纠偏 过猛 ， 导致 的后 面 Ｆ型 管节 开 口量 过 而 大 的情 况 （ 图 ２ 。 见 ）
自适应伸缩节
图 ２ 二级 纠偏 钢 管 的转 角分 散 作 用 示 意 图
（ ） 渡作用 。二 级纠 偏管 可 以分 担 一部 分 机 头 ２过
纠偏油缸 的伸缩量 ， 起到一定的过渡作用 ， 从而使 形
顶管机 二级纠偏钢管 Ｆ 型承插 口连接 纠偏短油缸
（ 两段一铰） （ 两段一铰 ）
集中。过渡曲线在设计 曲线 的内侧 ， 最后形成顶管的
实际控制轴线 Ｊ 。
２ 启用 纠偏特殊管 。紧随顶管机后的几节管 的 ） 弯 曲是 整个 线形 控制 的关 键 ， 因为 一般来 讲 ， 当前
２ ０ｍ的管 道形 成 曲线 后 ， 后方 跟 进 的管 节 就基 本沿 原 来 的“ 通道 ” 前进 ］ 。启 用 纠 偏 特殊 管 可 以保 证 前 面
趋势符合要求的前提下， 偏差会通过一种渐变 的方式 逐渐得到消 除。依据上述理念 ， 实际顶进 中， 以 在 可
每顶 进一定 的 距离 绘 制 一 次机 头偏 差 曲线 ， 后 根 据 然
保接头的连接强度和整体的稳定性。
３ 纠偏施 工控 制注 意点
在进行具体的纠偏操作时 ， 应注意 以下几个方面
第 ６期 （ 总第 １ ６期 ） ５
２１ ０ １年 １ 月 ２
中 靠 围 茵量
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１ 机头纠偏系统。顶管机后 段断面上布置有 ４ ）
组共 ８只纠偏 油缸 。通 过 纠 偏油 缸 调 整 上 、 、 、 下 左 右
收稿 日期 ：０ １ ８— ４ ２ １ —０ ２
６ ０
结构件。在形成曲线的过程中， 自适应伸缩节中的油 缸在外力作用下可以 自动拉开和缩 回， 从而 自 动适应
姿态控制 ， 使机头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 过 程 中钢 管 节 刚性 大 而 对 纠 偏 效 果产 生 的不 利 影 响 ；Ｌ＇， 迹 Ｊｔ 轨 ｉ Ｉ ＂ 控制 系统 还应保 证 线形 受 控 ， 即整 个 曲线 段 管 节 的 弯
的问题 。
曲线的斜率分析机头偏差发展趋势（ 见图 ３ 。 ） 当曲线到达峰值 （ Ａ点 ） 之后 ， 则可 以判断顶管机
已经 开始 往 回走 ， 至 可 以判 断机 头 的最 前 部 已经 开 甚
１ 在 顶进 中及 时量 测 机头 的位 置 ， ） 确保 前进 趋 势
符合要求 。若机头的偏差值过大， 于后面的管节来 对 说， 其位置也偏离 了设计轴线。此 时， 只能采取较大
照机头偏差 值进行 纠偏 并不一定 能达 到预 期效果。
因此 ， 纠偏 时 ， 要 的 是 要及 时 预 测 以及 控 制机 头 在 重 前 进 的趋 势 ， 不 是 刻 意保 证 机 头轨 迹 的零 误 差 ， 而 在
当每节 Ｆ型接 口钢管节的开口量达到设计值 以后， 立
刻将 所 有 的钢 法 兰 上 的螺 栓 拧 紧 ， 人 木 衬 垫 ， 开 塞 使 口量 固定 ； 同时用 ｎ形 卡 箍 固定 在 各个 钢 法 兰 间 以确
曲弧度都满足要求。
提 出了 由机 头 纠偏 系 统 、 级 纠偏 钢 管 、 二 自适 应 伸缩 节和 纠偏 特 殊 管 ４部 分 组 成 的顶 进 轨 迹 控 制 系 统， 以适合 超 长距 离 大 口径 钢 顶 管 曲线 的顶 进 。 图 ｌ 为钢 顶管 曲线顶 进轨 迹控制 系统 示意 图 。
时， 松开曲线外侧的法 兰螺栓 ， 管节在顶力和侧向土 压力的合 力作用 下， 口会 自动张开 以适 应线形 要 接
求， 从而形成整体曲线。 ３ 控制开 口量。若要线形受控 ， ） 则前面 已形成弯 曲弧度的管节不能因后面管节的顶进而发生偏离轴 线方向的运动。这就要求管节间的开 口量必须固定 。
始 向轴线靠拢 。这时就应该把纠偏 角度逐渐减小 ， 然
后在适当的时机 把机头摆正。如果机头往 回的趋势 很大 ， 甚至可能要进行反 向纠偏 。由于是直接判断机
头的偏差趋 势 ， 具有很强 的超前性 ， 因此通过 绘制偏
的纠偏角。但 由于后面的钢管节已形成弯曲弧度， 且
具有较强 的抵抗变形能力， 以往往会造成管节 内侧 所
顶进距离 ／ ｍ
钢顶管曲线顶进轨迹的施工控制 内容包括 ２个方 面： 一是控制机头的姿态， 以保证引导效果 ； 二是控制 线形 ， 以保证弯曲效果。
２ １ 机 头姿 态控 制方 法 ．
图 ３ 机头偏差趋势图
差趋势 图 可 以有 效解 决 机 头 方 向偏 差 的延 迟性 ， 证 保
超 长 距 离 大 口径钢 顶 管 曲线 顶进 轨迹 的控制 技 术
鲍 立 平 陈 ， 林 范 东 方 ，
（． １ 宏润建设 集团股份 有限公 司， 上海 ２０ ３ ； ． ０ ２ ５ ２ 同济 大学 ， 上海 ２ ０ ９ ） ００ ２
摘要 ：分析了钢顶管 曲线顶进轨迹控制系统应满足的要求 ， 出了适 合超长距 离大 口径钢顶管 曲线顶进 的轨迹控制 系 提 统， 并分析 了各组成部分在轨迹控制 中的作用 。从机头姿态控制 和线 形控制两方 面介绍了钢顶管 曲线顶进 的施工 控制 方法 ， 提出了及时准确测量 、 机头与二级纠偏管联合作用 、 绘制机头偏差趋势 图 、 时启用 纠偏特殊管 、 及 用螺栓 和卡箍控 制开 口量等轨迹控制方法。介绍 了上海青 草沙水源地原水工程严桥支线 ， 对钢 顶管曲线顶进轨迹控 制技术 的实际应用
Ａ
ｌ
、
／／／＼ ／／，
一
管。它可以调节纠偏特殊管之间的开 口量 ， 使其满足 设计值 ， 以便前面几节管节及时形成整体弯 曲弧度 ，
引 导后 面 的管节顺 利 前行 。 ２ 钢 顶 管 曲线 顶进 轨迹 的施 工控 制
强 旧
０５ １０ １５２Ｏ２５３０３５４０４５５０５５６． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ０
机头 纠偏 的效果 。 ２ ２ 线形 控 制方法 ．
对于曲线顶进来说 ， 机头的姿态控制 内容包括使
机 头按设 计 曲线 前进 和机 头偏 离设计 曲线时 的纠偏 。 １ 使 机头 按 设 计 曲线 前 进 的 控 制 方 法 包 括 及 时 ）
１ 引入过渡 曲线。实际的顶进过程中 ， ） 根据设计 的曲线 ， 在直线段与 曲线段之间引入一段平缓的过渡
１ 钢顶 管 曲线顶进 轨迹控 制 系统 混 凝土 顶管 在 曲线段 的顶进 轨 迹 控 制 系统 ， 主要 是 在顶 管机 机 头后 设 置 几 节 带 纠偏 段 油 缸 的纠 偏 特 殊管 ， 以形 成 曲线 以及 在 纠偏 时作 为过 渡 段 ， 而 用 从 增加 纠偏灵 敏度 ， 证 纠偏 效果 。但 钢管 节 在 顶进 过 保 程 中一旦 发 生 轨 迹 的偏 离 ， 偏 比较 困难 。 因此 ， 纠 钢 顶管 曲线顶 进 的 轨迹 控 制 系 统 首先 应 强 化 对 机头 的
侧 ２～３ ｃ 避 免 机 头 后 面 的管 道 向 设 计 曲 线 外 侧 ｍ，
滑移 。
４ 轨迹控 制效 果 实例 上海市 青草 沙 水 源 地 原 水 工 程 严 桥 支 线 Ｃ １ １标 采用 超 长 距 离 大 直 径 钢 顶 管 施 工 ， 管 直 径 为 钢 ３６０ｍ 顶 进路线 分 为直 线 段 和 曲线 段 。直线 段 长 ０ ｍ， 约 ∞ ０１， 加∞ ∞舳 ∞７ 曲率 半 径 ８ １ｍ。其 中 ８舳∞Ｉ曲线段 长 约 １０ｍ， ９ ∞加０ Ｔ ８ 从工 作井 Ｊ５到工作 井 Ｊ２ ４ ４ Ｂ段 为 曲线 顶进 ， 为 Ｉ、 分 Ⅱ号 ２条 管线 ， 南北平 行 布置 。 将 曲线顶 进 施 工 轨 迹 控 制 技 术 应 用 于 青 草 沙 水
中 彳 农 圄 放譬
鲍 平陈 范 方超 距 大 径 顶 曲 顶 轨 的 制 术 立 ，林，东 ：长 离 口 钢 管 线 进 迹 控 技
２１ 第 期 ｏ 年 ６ １
线形的要求 ， 大大增加 了轨迹控制的灵敏度。
４ 纠偏 特殊 管 。对 于前 ３节 Ｆ型接 口钢 管节 ， ） 在 每 节管 的末 端端 面 处预 留 ３个油 缸 槽 ， 置 ３只 纠偏 放 短 油缸 ， 前 ３节 Ｆ型接 口钢 管节成 为 ３节 纠偏 特殊 使
各个 方 向 ， 到纠偏 目的。 达 ２ 二级 纠偏 钢 管 。紧 随顶 管 机后 布置 １节 二 级 ）
纠偏钢管， 采用两段一铰的形式 ， 与顶管机后段焊接 。 该纠偏钢管内同样布置有 ８只纠偏油缸， 布置形式与
机头相 同 ， 成第 ２套 纠偏 系统 。在纠偏 过程 中， 级 形 二
２ 机头偏离设计 曲线 时的纠偏方法。纠偏存在 ）往要等管节再顶进一 ，
段距离后才能显现出来 。在实际的纠偏过程 中， 对于 机 头 的行进 轨迹 往 往很 难 把 握 。此 外 ， 由于 地 质 条件
复杂 ， 管节 的实 际受力存在一定 的不确定性 ， 完全依
以尽可能保证机头始终处于正确的路线上。
（） ２ 二级纠偏钢管和机头联合作用 ： 二级纠偏钢