[发明专利]一种定曲率小口径曲线顶管的导向方法

说明书

本发明属于曲线顶管机相关技术领域，其公开了一种定曲率小口径曲线顶管的导向方法，该方法包括以下步骤：S1，测量初始管节端点的坐标，以建立顶管机曲线顶管理想轨迹的方程；S2，构建激光靶链；S3，计算相邻管节端点相对于理想位置的角度偏移量及坐标偏移量；S4，根据管节的形状一一修正位于步骤S3中管节端点前方的管节端点的理想位置；S5，自最后一段管节端点的坐标开始，重复步骤S3‑S4直至计算至所述顶管机先导管的实际位置；S6，不断推进并安装新的管节，并用安装于地面的平行光管来测量当前最后一段管节的末端坐标变动，接着重复步骤S3‑S5，以更新此时的先导管头部的实际坐标。本发明提高了精度，且过程简单易行。

技术领域

本发明属于曲线顶管机相关技术领域，更具体地，涉及一种定曲率小口径曲线顶管的导向方法。

背景技术

NEW TULIP工法(Network Evolution Wide Tunnelling and Underground spaceLiberty Install curved Piping，曲线管幕非开挖地下空间构筑技术)，即曲线管幕暗挖工法，管幕由顶管实施完成，一般采用小型顶管机顶进钢管到土体中形成超前支护，然后再开挖施工主体结构或者采用箱涵顶进方案进行施工，是一种新型暗挖法施工技术。顶管由一个个的管节拼装而成，在设计时管节的中心轴线是标准的圆弧，但顶管在地下前进的过程中，管节受到土体的挤压而产生形变，导致顶管的姿态发生变化，而确定顶管在土体中的姿态是进行顶管机导向的前提。

目前，顶管在土体中的姿态测量一般采用倾斜仪和滚转仪，其中倾斜仪和滚转仪安装在曲线顶管机先导管的铰接位置的后面，可以测量先导管的俯仰角和滚动角，但无法测量导航角。顶管在土体中的位置测量一般采用陀螺仪、水平仪或者激光照射器中的一种或者多种，其中(1)陀螺仪安装在管节中特别设置的测量管内，通过始发顶推系统处的测试系统测量顶管机的水平位置，其测量误差会随着时间积累；(2)水平仪安装在管节中，只能测量仪器安装处的水平位置；(3)激光照射器安装在顶管机盾体内，通过管节内安装的反射镜，将激光反射到始发处顶推装置后方的激光接收装置，以测量顶管的位置。激光照射器发出的激光经过了多次反射才打到接收装置上，整个系统难以建立精度较高的数学模型，所以激光照射器一般用于定性测量顶管的位置变化，不能定量测量顶管的实际位置。综上所述，现有的测量方法难以有效地检测先导管在土体中的实际姿态和位置的全部信息，给施工时的导向带来了不便。相应地，本领域存在着发展一种能够准确地检测先导管在土体中的实际姿态和位置的全部信息的定曲率小口径曲线顶管的导向方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种定曲率小口径曲线顶管的导向方法，其基于现有先导管导向的特点，研究及设计了一种准确性较好的定曲率小口径曲线顶管的导向方法。所述导向方法基于严谨数学推导，从地面结构的精确坐标开始，推导土体中曲线顶管先导管的实际姿态和位置的全部信息，且这些信息可以更好地满足导向的需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种定曲率小口径曲线顶管的导向方法，该导向方法主要包括以下步骤：

S1，在掘进开始前测量初始管节端点的坐标，以建立顶管机曲线顶管理想轨迹的方程；

S2，在每段管节的端点处安装激光发射器及激光靶以构成激光靶链；

S3，利用激光靶测得的光斑坐标变化量来计算相邻管节端点相对于理想位置的角度偏移量及坐标偏移量；

S4，结合获得的角度偏移量及坐标偏移量，并根据管节的形状一一修正位于步骤S3中管节端点前方的管节端点的理想位置；

S5，自最后一段管节端点的坐标开始，重复步骤S3及S4直至计算至所述顶管机先导管的实际位置；

S6，掘进过程中，不断推进并安装新的管节，并用安装于地面的平行光管来测量当前最后一段管节的末端坐标变动，接着重复步骤S3、步骤S4及步骤S5，以更新此时的先导管头部的实际坐标。