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          矩形頂管

          矩形頂管

          發布日期:2016-01-23來源:原創

           盾構與頂管機已廣泛應用于地鐵、公路、電力、熱力、排水等城市隧道工程。圓形隧道因其結構受力合理、施工工藝相對簡單而廣為采用。與圓形斷面相比,矩形斷面有效使用面積通常大20%以上。在城市隧道中人行地道、電纜溝、綜合管廊等市政隧道工程尤以矩形最為經濟。

           

          一、 矩形頂管機主要特點

          1、施工工作井比盾構工作井小,降低占地面積。

          2、具有不開挖路面、不封閉交通、不搬遷管線、低噪音、無揚塵等優點。

          3、在施工時,對周圍土體擾動小,能有效的控制地面和管線沉降。并能在市政管線與通道頂部垂直1米的距離穿越,而不破壞管線。

          4、在同等截面下,矩形隧道比圓型隧道能更有效地利用地下空間。

           

           

           

          二、矩形頂管機施工主要流程

           

           

           

           

           

           

          三、矩形頂管機技術研究

          (一)矩形頂管機類型

          1、可變網格式

          該型頂管機切口處安裝有16格網格,用于切割及支護正面土體。中間四格為可變網格,該四格網格可根據出土量和機頭姿態控制方便地調節其開口率。土體經網擠壓后進入機頭,采用人工出土。

          2、小刀盤式

          該型頂管機有4臺小刀盤切削土體,切削面積可達到整個面積的40(包括螺旋機),4臺小刀盤可單獨運轉,通過編組運行可方便的控制機頭的姿態。它由螺旋輸送機出土,可基本保持土壓平衡,并維持開挖面的穩定。

          3、滾刀式

          該型頂管機可全斷面切削,兩把滾刀可正反轉,并可單獨運轉。由螺旋輸送機出土,可保持土壓平衡,并維持開挖面的穩定。

          4、組合刀盤式

          該型頂管機有l臺大刀盤及四把仿形刀組成切削刀組,能全斷面切削,大刀盤及仿形刀能正反轉。由螺旋輸送機出土,可保持土倉內的土壓平衡和維持開挖面穩定。

          (二)組合刀盤式土壓平衡矩形頂管機組成

          1、矩形頂管機主機

          頂管機主機可分成前后兩段,中間由多臺糾偏油缸聯接。前后段之間的密封采用二道唇形橡膠密封圈。正面由大刀盤及4把仿形刀對土體進行全斷面切削。由螺旋輸送機出土,調整螺旋輸送機的轉速可保持土倉內的土壓平衡,維持開挖面的穩定。

          2、主頂進裝置

          主頂進裝置由多臺油缸及u形頂鐵、頂環、墊鐵、底架、鋼后靠等組成,多臺油缸分成二組,疊加呈對稱分布,并用分體式結構的支座固定。每臺油缸可單獨控制,根據需要可編組工作。

          (三)組合刀盤式土壓平衡矩形頂管機的關鍵技術

          1、矩形頂管機全斷面切削問題

          全斷面切削問題是矩形頂管機研制是否成功的最關鍵問題,矩形頂管機若只有一個大刀盤進行回轉切削,只能做到90%左右的截面切削率,矩形頂管機斷面內的四個角就無法切削。因此,采用大刀盤對大部分的正面土體進行切削,利用設置在刀盤后側的仿形刀切削四個角上的土體。

          2、矩形頂管機機頭頂部背土問題

          對矩形頂管機機頭頂部背土現象,采取在機頭殼體頂部安裝有漿管,并開設壓漿槽,使土體與殼體上平面之間形成一泥漿膜,以減少土體同殼體的摩擦力,防止背土現象的發生。

          3、矩形頂管機機頭旋轉問題

          對矩形頂管機機頭旋轉現象,除采用壓漿糾轉技術措施外還可以用刀盤正轉或反轉的辦法實現糾轉,也可將兩者結合起來進行糾轉。

          4、矩形頂管機機頭軸線偏差控制方法

          根據軸線偏差方位以及偏差量,對糾偏油缸進行編組及控制油

          缸伸縮量,使前、后殼體形成一夾角,從而改變機頭方向,以達到糾偏目的。此外還可采用壓漿糾偏辦法,達到糾偏的目的。也可將兩者結合起來進行糾偏。

          5、頂進軸線的控制問題

          軸線控制是矩形頂管頂進的一大難題。在每節管節頂進結束后,必須進行機頭的姿態測量,并做到隨偏隨糾,且糾偏量不宜過大,以避免土體出現較大的擾動及管節間出現張角。

          1)高程控制:

          考慮到頂管上部管線眾多,在頂進過程中一旦頂管出現上拋嚴重現象,不宜采取降低地面土壓力、增大出土量、過量向下糾偏等動作,

          應采取的糾偏措施也和地面沉降控制相統一。

          2)平面控制:由于受第一條頂管頂進時擠壓、壓漿等影響,在已成管道周邊土體強度較原狀土大,以至在第二條頂管頂進時,機頭平面可能有偏離已成管道的跡象,所以頂進時應把機頭平面始終控制

          在靠已成管道方向,以利于頂管軸線控制。

          3)轉角控制:

          由于是矩形頂管,今后作人行通道用,因此對管道的橫向水平要求較高,所以在頂進過程中對機頭的轉角也需密切注意,機頭一旦出現微小轉角,就應立即采取刀盤反轉、加壓鐵等措施往回糾。

          4)形成良好導向:

          在頂進時每隔1m就對機頭姿態進行復合,隨偏隨糾,在出洞段就形成一個與軸線相吻合的頂進軌道,使頂管始終只能在已成的土圈中向前延伸,極大減小了頂管軸線控制的難度。

          5)注漿糾正軸線:由于進入土體的管節軸線已發生偏離,如不及時糾正,導向一旦形成,會造成機頭更大的偏離,通過在管節不同部位注漿,起到很好的糾偏效果。

          6)通過機頭的糾偏系統糾正:在整個上行線的頂進過程中,頂進軸線嚴格控制在質量標準以內。

          6、管節減摩問題

          為減少土體與管壁問的摩阻力,控制好地面沉降,提高工程質量和施工進度,在頂管頂進的同時,向管道外壁壓注一定量的潤滑泥漿,變固固摩擦為固液摩擦,以達到減小總頂力的效果。

          四、頂管機新技術研發方向

          1、電液控制系統

          隨著頂管技術的不斷發展,要求越來越高,如大負載精確控制,高響應、連續控制等,繼電接觸器控制就很難適應。電液控制最大限度地發揮了液體動力在大功率動力控制方面的特長和電氣系統在信息處理方面的優勢,從而構成了以電氣為“神經”,以液壓為“筋肉”的最理想的控制系統,這正是頂管掘進機所需要的。

          2、引入PLC控制系統

          頂管設備采用工業控制計算機,輸入輸出單元采用PLC 模塊。系統運行過程通過組態軟件顯示在顯示器上,整個流程、各項主要參數一目了然。

          頂管設備在機器各主要不見處均裝有傳感檢測裝置,將各處的信號,例如溫度、流量、壓力、轉速、閥門開度等通過PLC傳輸至電腦主機,然后在顯示器上以數字或是圖形的方式顯示出來,可以很清楚直觀地了解到各個參量的具體數值及開關狀況。

          操作人員通過操作控制臺上的各個按鈕以及旋鈕,將控制信號輸入主機,然后通過PLC,再控制各繼電器的通斷、閥門的開度大小等,驅動各執行機構,并通過實時反饋回來的信息,做到精確控制。

          由于采用計算機控制,可以自動記錄采樣時刻的各參量數值,并存儲在計算機中,做到有據可查。

          五、 結束語

          矩形隧道施工是國外在20世紀90年代開發應用的隧道新技術,由于其斷面利用率高、施工成本低,該項技術有十分廣闊的應用前景。在城市建設規劃和設計越來越著眼于地下空間開發利用的今天,矩形斷面的地下結構的技術特點也愈加受到青睞,因此開發和研究矩形頂管機和矩形盾構也將有著更重要的意義。

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