本發(fā)明屬于管件支撐，具體為一種適用于濕陷性黃土環(huán)境的頂管支撐機構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

1、在地下管道的鋪設(shè)中,使用傳統(tǒng)的明挖法敷設(shè)管道不僅開挖回填量大，而且管線多沿著路網(wǎng)鋪設(shè)，不僅會阻斷交通，給本就負(fù)重的交通帶來壓力，而且還會涉及拆遷工作，致使工期延緩，造價增加。頂管法作為一種暗挖方式，其斷面類型多，管節(jié)可工程預(yù)制，從而能大幅提高施工效率，而且施工期間對地面交通影響較小，可減少拆遷和土方開挖，對周邊環(huán)境影響較小，是地下管線首選的施工方式。濕陷性黃土主要是指在土層自重作用下和一些附加應(yīng)力作用下，遭遇浸水后，土的結(jié)構(gòu)被破壞而容易發(fā)生顯著變形的土，屬于特殊土，有些雜填土也具有濕陷性。濕陷性黃土在沒有浸水時，其強度較高，壓縮性較小，但是受到水因素的影響后，土壤結(jié)構(gòu)會迅速遭到破壞，產(chǎn)生較大的下沉現(xiàn)象，如果頂管的對接位置密封較差，容易發(fā)生滲漏到頂管的管腔內(nèi)的情況，導(dǎo)致頂管外圍發(fā)生顯著下沉，將會對頂管的連接狀況造成嚴(yán)重破壞。

2、現(xiàn)有濕陷性黃土頂管施工工藝采取的頂推施工方法，主要有手掘式頂管施工、土壓平衡式頂管施工、氣壓平衡式頂管施工等。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在諸如濕陷性黃土的不穩(wěn)定土層中，要選用具有平衡功能的頂管機，來保證相對接的兩節(jié)管道的軸心線之間的對中性，來促使對接的兩節(jié)管道/頂管的相對端之間能實現(xiàn)高質(zhì)量密封連接，來有效抑制處于管道對接位置外圍的濕陷性黃土向管道內(nèi)滲漏的情況發(fā)生。但是現(xiàn)有的頂管支撐機構(gòu)，僅能夠?qū)崿F(xiàn)對頂管在空間中的多個不同方向上的位置上的調(diào)節(jié)，頂管相對端之間的對中情況主要靠工人觀察來判斷。作業(yè)工人通過觀察來判斷兩個對接頂管之間的對中狀態(tài)，并指揮調(diào)節(jié)頂管支撐機構(gòu)作出相應(yīng)的響應(yīng)動作，來逐漸調(diào)節(jié)、改善兩個頂管之間的對中狀態(tài)的作業(yè)方式，存在會制約頂管施工效率進一步提高，以及頂管的對接質(zhì)量的一致性相對較差的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種適用于濕陷性黃土環(huán)境的頂管支撐機構(gòu)及方法，其能在頂管的端部建立起符合預(yù)期要求的相對支撐狀態(tài)，有助于改善頂管之間中軸線的對中過程，能進一步提高頂管施工效率，更好地確保頂管對接質(zhì)量的一致性的目的。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種適用于濕陷性黃土環(huán)境的頂管支撐機構(gòu)，包括車架、匹配設(shè)在車架上的且能相對車架沿前后方向移動的進給滑座、匹配設(shè)在進給滑座上的且能相對進給滑座升降移動的舉升座、匹配設(shè)在舉升座上的且能相對舉升座在平面沿左右方向移動的平移滑座、固定在平移滑座前側(cè)端面上的弧面托臂、固定在平移滑座上端面上的一對裝配架、與兩個裝配架分別對應(yīng)匹配的軸桿部，以及與兩個軸桿部分別匹配的四個傳感總成一。在車架上可設(shè)置輪胎構(gòu)成的行走輪系統(tǒng)，也可以設(shè)置與施工場地的軌道相匹配的軌道輪行走系統(tǒng)，以便使整個支撐機構(gòu)能夠沿施工場地的軌道移動。

3、在平移滑座的上部形成有弧面凹口，在弧面凹口的周面上分布設(shè)有多個光柱面突棱，并使光柱面突棱的柱面頂線能分布在軸心線沿前后方向的同一個圓周面上，該圓周面的直徑與頂管的外徑一致。

4、在弧面托臂的上部，于左右兩端處分別形成有耳板，并使耳板的上端面高度位置不低于平移滑座的上端面高度位置。在弧面托臂的內(nèi)凹弧形面底部形成有凹面凸臺。凹面凸臺的上端面形成為內(nèi)凹柱面，使內(nèi)凹柱面與所述圓周面共面。

5、弧面托臂與平移滑座固定連接為剛性的整體后，使弧面托臂相對平移滑座的前端面向前側(cè)延伸出有一定長度，且使凹面凸臺上的內(nèi)凹柱面能分布在光柱面突棱的柱面頂線所處的所述圓周面的延長方向上，即使內(nèi)凹柱面與多個光柱面突棱的頂線分布在同一個圓周面上，換言之即內(nèi)凹柱面與所述圓周面為共面/共圓柱面的情形。

6、兩個裝配架分別固定在兩個耳板的上端面。裝配架包括架本體，以及形成于架本體上的且朝弧面托臂的凹口側(cè)延伸的一對導(dǎo)向臂一和一對導(dǎo)向臂二。兩個導(dǎo)向臂一之間、兩個導(dǎo)向臂二之間均為前后相對設(shè)置的狀態(tài)，并使兩個導(dǎo)向臂一處于兩個導(dǎo)向臂二之間。在導(dǎo)向臂一上，以及在導(dǎo)向臂二上均形成有沿左右方向延伸的滑槽。兩個裝配架上的兩對導(dǎo)向臂一可以是左右相對設(shè)置的，同理，兩個裝配架上的兩對導(dǎo)向臂二也可以是左右相對設(shè)置的。導(dǎo)向臂一和導(dǎo)向臂二均朝所述弧面凹口的凹口側(cè)延伸。

7、軸桿部上至少形成有兩個輥面段，并在位于兩端側(cè)的兩個輥面段的外端分別沿軸桿部的軸向形成有光柱段。在兩個光柱段的自由端端面上分別匹配設(shè)有棱柱段，使軸桿部能相對棱柱段繞其軸心線旋轉(zhuǎn)。輥面段的外徑大于光柱段的外徑，光柱段的外徑不小于棱柱段上的最大外徑。兩個光柱段與兩個導(dǎo)向臂一上形成的滑槽分別對應(yīng)匹配，并使光柱段與滑槽建立起線面接觸匹配關(guān)系。兩個棱柱段與兩個導(dǎo)向臂二上形成的滑槽分別對應(yīng)匹配，并使棱柱段與滑槽建立起面面接觸匹配關(guān)系。輥面段的外周面至少相對導(dǎo)向臂一的自由端端部輪廓向外延伸出。優(yōu)選輥面段的外周面同時相對導(dǎo)向臂二的自由端端部輪廓向外延伸出的實施方案，以便實現(xiàn)輥面段的外周面能順利與頂管的外周面接觸，且同時能有效避免導(dǎo)向臂一的自由端、導(dǎo)向臂二的自由與頂管的外周面發(fā)生接觸的目的。

8、在兩個棱柱段上的，伸出到與之匹配的滑槽外的一段柱體上分別形成有傳動軸桿，且使傳動軸桿的軸向延伸方向均與設(shè)在導(dǎo)向臂二上的滑槽的延伸方向一致，并相對垂直于棱柱段的軸向。與上述方案對應(yīng)地，所述傳動軸桿的軸向延伸方向為左右向。

9、四個傳感總成一兩兩地分配為一組，分別對應(yīng)配置在兩個軸桿部的兩端。具體地，四個傳感總成一均被固定在裝配架的架本體上，并分別與在兩個軸桿部的端部設(shè)置的傳動軸桿對應(yīng)匹配。傳感總成一包括第一傳感器本體和推力部。

10、傳動軸桿的自由端與第一傳感器本體匹配，使棱柱段相對滑槽發(fā)生左右移動而載著傳動軸桿同步動作時，能引起第一傳感器本體產(chǎn)生傳感信號。傳動軸桿的本體與推力部匹配，使推力部作用在傳動軸桿上的彈性推力能推動棱柱段壓向背離裝配架的架本體的一側(cè)。

11、可選地，推力部包括管體和推力彈簧。傳動軸桿包括外徑依次變小的導(dǎo)向段、至少一個中間段和觸頭。觸頭與第一傳感器本體匹配，且能引起第一傳感器本體產(chǎn)生傳感信號。管體的軸向沿左右方向分布設(shè)置。管體與裝配架的架本體之間通過螺紋結(jié)構(gòu)匹配，使管體能相對架本體沿左右方向移動。管體朝向棱柱段的一端形成有沉孔部且在沉孔部的端口處形成有徑向凸體。管體的另一端形成有沉孔且第一傳感器本體的傳感信號發(fā)生端伸入至該沉孔。

12、推力彈簧套裝在傳動軸桿的中間段上且兩端分別與導(dǎo)向段的端面和沉孔部的內(nèi)底面接觸。沉孔部端口處的徑向凸體與導(dǎo)向段的外周面自由端側(cè)接觸，而能引導(dǎo)著導(dǎo)向段沿直線作靠近和遠(yuǎn)離沉孔部的內(nèi)底面?zhèn)鹊膭幼鳌?/p>

13、可選地，管體另一端的沉孔為螺紋沉孔，且使第一傳感器本體與螺紋沉孔匹配，并使第一傳感器本體的傳感信號發(fā)生端朝向螺紋沉孔的內(nèi)底端側(cè)。這樣便能夠調(diào)節(jié)第一傳感器本體相對螺紋沉孔內(nèi)底面的左右位置，實現(xiàn)對觸頭與第一傳感器本體初始匹配狀態(tài)的調(diào)節(jié)。

14、可選地，所述第一傳感器本體可選為光柵傳感器本體或者電容傳感器本體。所述第一傳感器本體還可選為其他形式的傳感器。例如，選為光柵式傳感器時，使光柵傳感器本體固定在裝配架的架本體上，使動光柵固定在傳動軸桿的自由端，即所述觸頭上。當(dāng)棱柱段或者說傳動軸桿相對滑槽二產(chǎn)生移動時，動光柵能相對光柵傳感器本體上的定光柵發(fā)生位置變化，而產(chǎn)生相應(yīng)的傳感信號變化，進而能夠判斷出軸桿部向左產(chǎn)生的位移量或者向右產(chǎn)生的位移量，而用于分析判定平移滑座、弧面托臂的實時空間位置，使控制單元/控制器能控制平移滑座作出相應(yīng)的響應(yīng)動作。同理，選為電容式傳感器時，使電容傳感器本體固定在架本體上，使攜載著電介質(zhì)的長條體固定在觸頭上。當(dāng)棱柱段產(chǎn)生移動時，載著電介質(zhì)的長條體能相對電容傳感器本體發(fā)生位置變化，而使長條體伸入到電容傳感器本體內(nèi)的長度發(fā)生變化，而引起傳感信號變化。

15、可選地，還包括傳感總成二。在弧面托臂的底部形成有左右相對的立臂，且在立臂的下端形成有型槽體。型槽體上匹配設(shè)有推力螺栓。凹面凸臺與兩個立臂通過沿豎直方向延伸的滑軌結(jié)構(gòu)匹配，且使凹面凸臺能相對弧面托臂向下產(chǎn)生移動，即初始狀態(tài)下所述凹面凸臺相對位于其豎直行程方向上的最上端位置處。傳感總成二包括第二傳感器本體和彈性拱板。

16、彈性拱板的兩端分別伸入到兩個型槽體中，且均與型槽體通過沿左右方向延伸的滑道結(jié)構(gòu)匹配。彈性拱板的拱起頂面與凹面凸臺的下端面接觸。旋擰推力螺栓能推動彈性拱板的端部相對型槽體沿左右向移動，而能調(diào)節(jié)彈性拱板的拱起程度大小，實現(xiàn)對彈性拱板作用在凹面凸臺上的向上的彈性推力的調(diào)節(jié)。

17、第二傳感器本體固定在彈性拱板的下方，且第二傳感器本體的傳感發(fā)生部固定在彈性拱板的內(nèi)凹下端面上，并與第二傳感器本體連接。

18、可選地，第二傳感器本體為應(yīng)變式傳感器本體，傳感發(fā)生部為應(yīng)變片部。

19、可選地，凹面凸臺的下端面形成為內(nèi)凹弧面。彈性拱板的拱起頂面與內(nèi)凹弧面之間的接觸面大小能隨彈性拱板的彎拱程度發(fā)生變化而相應(yīng)變化。

20、本發(fā)明涉及基于上述適用于濕陷性黃土環(huán)境的頂管支撐機構(gòu)的一種頂管支撐方法，包括如下步驟：

21、（?。⒋褰拥闹辽僖粋€頂管固定放在平移滑座的弧面凹口中，使頂管的外周面保持在與光柱面突棱均相切接觸的狀態(tài)；

22、（ⅱ）調(diào)節(jié)平移滑座的空間位置，使弧面托臂對應(yīng)在埋置于土層中的頂管的下方；

23、（ⅲ）驅(qū)使平移滑座緩慢上升移動，期間根據(jù)各個第一傳感器本體反饋的傳感信號，分別計算相應(yīng)軸桿部在左右方向上發(fā)生的實時位移量，來不斷調(diào)節(jié)平移滑座的左右位置；

24、（ⅳ）判斷兩個軸桿部的實時位移量是否均落入設(shè)定的閾值區(qū)間內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果控制平移滑座作出響應(yīng)動作；

25、i）若兩個軸桿部的實時位移量同時落入在設(shè)定的閾值區(qū)間內(nèi)，則結(jié)束對平移滑座在空間位置的調(diào)節(jié)；

26、ii）若兩個軸桿部的實時位移量為，只有一個落入在設(shè)定的閾值區(qū)間內(nèi)、兩個均沒有落入在設(shè)定的閾值區(qū)間內(nèi)的情形，則返回上述步驟（ⅲ）。

27、本發(fā)明還涉及基于上述含有傳感總成二的適用于濕陷性黃土環(huán)境的頂管支撐機構(gòu)的一種頂管支撐方法，包括如下步驟：

28、（?。⒋褰拥闹辽僖粋€頂管固定放在平移滑座的弧面凹口中，使頂管的外周面保持在與光柱面突棱均相切接觸的狀態(tài)；

29、（ⅱ）調(diào)節(jié)平移滑座的空間位置，使弧面托臂對應(yīng)在埋置于土層中的頂管的下方；

30、（ⅲ）驅(qū)使平移滑座緩慢上升移動，期間根據(jù)各個第一傳感器本體反饋的傳感信號，分別計算相應(yīng)軸桿部在左右方向上發(fā)生的實時位移量，來不斷調(diào)節(jié)平移滑座的左右位置；同時，根據(jù)第二傳感器本體反饋的傳感信號，計算出凹面凸臺的下移行程量，來調(diào)節(jié)控制平移滑座的升降動作；

31、（ⅳ）判斷兩個軸桿部的實時位移量是否均落入設(shè)定的閾值區(qū)間內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果控制平移滑座作出左右移動的響應(yīng)動作；以及判斷凹面凸臺的實時下移行程量是否落入設(shè)定的預(yù)警閾值區(qū)間，來調(diào)節(jié)平移滑座作出升降移動的響應(yīng)動作。

32、i）若兩個軸桿部的實時位移量同時落入在設(shè)定的閾值區(qū)間內(nèi)，則結(jié)束對平移滑座在空間位置的調(diào)節(jié)；

33、ii）若兩個軸桿部的實時位移量為，只有一個落入在設(shè)定的閾值區(qū)間內(nèi)、兩個均沒有落入在設(shè)定的閾值區(qū)間內(nèi)的情形，則返回上述步驟（ⅲ）。

34、1）若凹面凸臺的下移行程量落入在預(yù)警閾值區(qū)間內(nèi)，則控制平移滑座向下移動，使凹面凸臺的下移行程量變?yōu)?mm或者控制在1mm范圍內(nèi)；

35、2）若凹面凸臺的下移行程量沒有落入在預(yù)警閾值區(qū)間內(nèi)，則可控制平移滑座繼續(xù)緩慢上升移動。

36、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的適用于濕陷性黃土環(huán)境的頂管支撐機構(gòu)及方法，能夠在頂管的對接過程中，通過不斷檢測兩節(jié)頂管相對端之間的位置關(guān)系，并由控制單元調(diào)節(jié)支撐機構(gòu)作出響應(yīng)動作，來準(zhǔn)確且快速調(diào)整頂管的實時位置，快速地使位于支撐機構(gòu)上的頂管與已插入在土層中的頂管的相對端之間完成對中，并實現(xiàn)連接。本發(fā)明有助于實現(xiàn)進一步提高頂管施工效率，更好地確保頂管對接質(zhì)量的一致性的技術(shù)目的。