[發明專利]一種定曲率小口徑曲線頂管的導向方法

有效

• 申請號: 201810878141.1
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109059879B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 朱國力;賈連輝;劉泱;孟祥波;龔廷民
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 孔娜;曹葆青

本發明屬于曲線頂管機相關技術領域，其公開了一種定曲率小口徑曲線頂管的導向方法，該方法包括以下步驟：S1，測量初始管節端點的坐標，以建立頂管機曲線頂管理想軌跡的方程；S2，構建激光靶鏈；S3，計算相鄰管節端點相對于理想位置的角度偏移量及坐標偏移量；S4，根據管節的形狀一一修正位于步驟S3中管節端點前方的管節端點的理想位置；S5，自最后一段管節端點的坐標開始，重復步驟S3?S4直至計算至所述頂管機先導管的實際位置；S6，不斷推進并安裝新的管節，并用安裝于地面的平行光管來測量當前最后一段管節的末端坐標變動，接著重復步驟S3?S5，以更新此時的先導管頭部的實際坐標。本發明提高了精度，且過程簡單易行。

技術領域

本發明屬于曲線頂管機相關技術領域，更具體地，涉及一種定曲率小口徑曲線頂管的導向方法。

背景技術

NEW TULIP工法(Network Evolution Wide Tunnelling and Underground spaceLiberty Install curved Piping，曲線管幕非開挖地下空間構筑技術)，即曲線管幕暗挖工法，管幕由頂管實施完成，一般采用小型頂管機頂進鋼管到土體中形成超前支護，然后再開挖施工主體結構或者采用箱涵頂進方案進行施工，是一種新型暗挖法施工技術。頂管由一個個的管節拼裝而成，在設計時管節的中心軸線是標準的圓弧，但頂管在地下前進的過程中，管節受到土體的擠壓而產生形變，導致頂管的姿態發生變化，而確定頂管在土體中的姿態是進行頂管機導向的前提。

目前，頂管在土體中的姿態測量一般采用傾斜儀和滾轉儀，其中傾斜儀和滾轉儀安裝在曲線頂管機先導管的鉸接位置的后面，可以測量先導管的俯仰角和滾動角，但無法測量導航角。頂管在土體中的位置測量一般采用陀螺儀、水平儀或者激光照射器中的一種或者多種，其中(1)陀螺儀安裝在管節中特別設置的測量管內，通過始發頂推系統處的測試系統測量頂管機的水平位置，其測量誤差會隨著時間積累；(2)水平儀安裝在管節中，只能測量儀器安裝處的水平位置；(3)激光照射器安裝在頂管機盾體內，通過管節內安裝的反射鏡，將激光反射到始發處頂推裝置后方的激光接收裝置，以測量頂管的位置。激光照射器發出的激光經過了多次反射才打到接收裝置上，整個系統難以建立精度較高的數學模型，所以激光照射器一般用于定性測量頂管的位置變化，不能定量測量頂管的實際位置。綜上所述，現有的測量方法難以有效地檢測先導管在土體中的實際姿態和位置的全部信息，給施工時的導向帶來了不便。相應地，本領域存在著發展一種能夠準確地檢測先導管在土體中的實際姿態和位置的全部信息的定曲率小口徑曲線頂管的導向方法的技術需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種定曲率小口徑曲線頂管的導向方法，其基于現有先導管導向的特點，研究及設計了一種準確性較好的定曲率小口徑曲線頂管的導向方法。所述導向方法基于嚴謹數學推導，從地面結構的精確坐標開始，推導土體中曲線頂管先導管的實際姿態和位置的全部信息，且這些信息可以更好地滿足導向的需求。

為實現上述目的，本發明提供了一種定曲率小口徑曲線頂管的導向方法，該導向方法主要包括以下步驟：

S1，在掘進開始前測量初始管節端點的坐標，以建立頂管機曲線頂管理想軌跡的方程；

S2，在每段管節的端點處安裝激光發射器及激光靶以構成激光靶鏈；

S3，利用激光靶測得的光斑坐標變化量來計算相鄰管節端點相對于理想位置的角度偏移量及坐標偏移量；

S4，結合獲得的角度偏移量及坐標偏移量，并根據管節的形狀一一修正位于步驟S3中管節端點前方的管節端點的理想位置；

S5，自最后一段管節端點的坐標開始，重復步驟S3及S4直至計算至所述頂管機先導管的實際位置；

S6，掘進過程中，不斷推進并安裝新的管節，并用安裝于地面的平行光管來測量當前最后一段管節的末端坐標變動，接著重復步驟S3、步驟S4及步驟S5，以更新此時的先導管頭部的實際坐標。