一种基于测斜的超长水平管幕顶进施工控制装置与方法技术领域
本发明属于岩土近接施工技术领域，具体涉及一种基于测斜的超长水平管幕顶进
施工控制装置与方法。
背景技术
随着我国基础设施建设的大力发展，各类岩土近接施工工程大量涌现，如隧道下
穿既有敏感建构筑物。此类工程施工过程中，由于周边既有建构筑物的存在，对变形控制要
求极高，因此实际施工过程中经常采用水平管棚、管幕等施工辅助措施，且穿越的距离越来
越长，进一步出现了超长水平管棚或管幕。
当前，超长水平管幕施工均采用单端顶进的施工方法，由于顶进距离长，实际施工
过程中常常出现管幕顶进方向偏离且难以纠偏，进而导致顶进失败等事故，造成不必要的
浪费和工期延误。因此需要设计一种合适的能够实时监测管幕轴线位置并实现纠偏的装置
和方法，一旦发现管幕顶进方向出现偏离，便可根据偏离程度和方向进行实时纠偏，从而避
免返工或顶进失败。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种基于测斜的超长水平管幕顶进施工控制装置
与方法，可实现超长水平管幕顶进过程中，管幕轴线姿态的实时监测和调整，可确保管幕顶
进精度，以满足预定设计要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于测斜的超长水平管幕顶进施工控制装置，其特征在于：包括：
顶进系统，用于提供管幕施工过程中的水平顶推动力；
测试系统，用于实时监测管幕顶进施工轴线偏离状态；
纠偏系统，用于管幕顶进过程中轴线偏离的纠正。
所述顶进系统安装在被顶进管幕的后方，包括反力装置、千斤顶组和分配钢环，所
述反力装置置于顶进系统的后方，用于提供顶推反力，所述千斤顶组为5-7个同规格千斤顶
组成，沿所述分配钢环周向均匀布置，其末端置于所述反力装置上，前端与所述分配钢环紧
密接触，用于提供所述管幕顶进的顶推力，所述分配钢环为略大于所述管幕的同心圆形环，
置于所述管幕的末端，用于均匀分配来自所述千斤顶组的顶推力，使所述管幕受力均匀。
所述测试系统由安装在所述管幕上测斜管、测斜仪、读数仪和计算机组成，且两两
之间分别采用通讯电缆连接。
所述测斜管为两根，安装在所述管幕外的左右两侧，沿所述管幕通长布置，分别用
于测试所述管幕轴线在顶进过程中水平和竖向偏离情况。
所述纠偏系统由安装在所述管幕顶端的纠偏装置、传动带组、纠偏控制器组成，所
述传动带组为4根，前端与所述纠偏装置的4个转向器连接，传动带组32尾部连接传动轮14。
所述纠偏控制器通过所述通讯电缆与所述计算机连接，实现纠偏指令的传输。
一种基于测斜的超长水平管幕顶进施工控制装置与方法，其特征在于，包括以下
步骤：
步骤1：首先通过所述测试系统的所述测斜仪沿所述测斜管全长测量，由所述读数仪读
取所述管幕轴线测试值，并将测试值通过所述通讯电缆传输和储存至所述计算机中；
步骤2：根据预先编制好的安装在所述计算机中的程序以及步骤1获得的测试值，计算
所述管幕轴线与设计轴线的偏离值；
步骤3：将计算得到的偏离值与预先设定的规定值进行对比，判断偏离情况是否在允许
范围之内，若是，则继续顶进；若偏离超过规定值，则停止顶进，并由所述计算机根据偏离量
和设定公式计算纠偏量，其中为纠偏量；为所述纠偏装置滚轴的直径；为所述传动轮滚轴直
径；为测试计算得到的所述管幕轴线与设计轴线的偏离值；为当前状态所述管幕的顶进长
度；
步骤4：进一步将计算得到的纠偏量输出至所述纠偏控制器调整所述纠偏装置的4个转
向器，调整到位后，试顶进1m后停机，重复步骤1～步骤2，判断纠偏效果，若可行则继续顶
进，直至所述管幕轴线恢复到设定或允许路径；否则，先行停机并适当增大纠偏量，重复步
骤1～步骤4；
步骤5：待纠偏到位后，停机并通过所述传动轮复位所述纠偏装置的4个转向器，继续顶
进，依次重复上述步骤，直至顶进施工完毕。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种基于测斜的超长水平管幕顶进施工控制装置与方法，可实现超长水
平管幕顶进过程中，管幕轴线姿态的实时监测和调整，可确保管幕顶进精度，以满足预定设
计要求。
附图说明
图1 为本发明的系统结构示意图。
图2为发明纠偏量计算原理图。
图3为本发明的应用流程图。
图4为本发明所述的转向器示意图。
图5为本发明所述的转向器工作示意图。
附图标记列表：
1、顶进系统；2、测试系统；3、纠偏系统；4、管幕；5、通讯电缆；6、空孔；7、固定轴；8、转向
器；9、凹槽；10、方槽；11、反力装置；12、千斤顶组；13、分配钢环；14、传动轮，15、齿柱；21、测
斜管；22、测斜仪；23、读数仪；24、计算机； 31、纠偏装置；32、传动带组；33、纠偏控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅
用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、
“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远
离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，本发明所述的一种基于测斜的超长水平管幕顶进施工控制装置与方
法，包括：顶进系统1，用于提供管幕施工过程中的水平顶推动力；测试系统2，用于实时监测
管幕顶进施工轴线偏离状态；纠偏系统3，用于管幕顶进过程中轴线偏离的纠正。
具体地，如图1所示，所述顶进系统1安装在被顶进管幕4的后方，包括反力装置11、
千斤顶组12和分配钢环13；所述反力装置11置于系统的后方，用于提供顶推反力；所述千斤
顶组12为5～7个同规格千斤顶组成，沿所述分配钢环13周向均匀布置，其末端置于所述反
力装置11上，前端与所述分配钢环13紧密接触，用于提供所述管幕4顶进的顶推力；所述分
配钢环13为略大于所述管幕4的同心圆形环，置于所述管幕4的末端，用于均匀分配来自所
述千斤顶组12的顶推力，使所述管幕4受力均匀。
所述测试系统2由安装在所述管幕4上测斜管21、测斜仪22、读数仪23和计算机24
组成，且两两之间分别采用通讯电缆5连接；所述测斜管21为两根，安装在所述管幕4外的左
右两侧，沿所述管幕4通长布置，分别用于测试所述管幕4轴线在顶进过程中水平和竖向偏
离情况。
所述纠偏系统3由安装在所述管幕4顶端的纠偏装置31、传动带组32、纠偏控制器
33组成；所述传动带组32为4根，分别与所述纠偏装置31的4个转向器8连接；每根传动带组
32穿过所述转向器8中间的方槽10沿管幕4全长布置，形成回路，传动带组32尾部连接传动
轮14，所述纠偏控制器33通过所述通讯电缆5与所述计算机24连接，实现纠偏指令的传输。
如图4～图5所示，所述纠偏装置31固定安装在管幕4的顶进端，转向器8通过固定
轴7与纠偏装置31连接，纠偏装置31为钢圆筒形，壁厚略大于顶进管幕4，通过焊接方式固定
在管幕顶进端，所述纠偏装置31的前端均匀切有4个凹槽9，用于安装所述转向器8，转向器8
为楔形钢板，数量为4块，转向器8前端为楔形切口型，转向器8后端圆端形，圆端形钻有通长
的圆孔，固定轴7伸入圆孔内，在圆端形中间位置，切有一方槽10，方槽10内的固定轴7上焊
有均匀分布的齿柱15，传动带组32表面设有空孔6，用于防止纠偏过程中，所述传动带组32
与所述转向器8产生相对滑动，导致所述转向器8无法转动，以至纠偏失败，在施工过程中，
一旦发现管幕4方向出现偏离，即可在管幕顶推端转动所述传动带组32，进而带动所述转向
器8转动，实现顶进方向调节。
本实施实例中，如图2～图3所示，本发明包括以下步骤：
步骤1：首先通过所述测试系统2的所述测斜仪22沿所述测斜管22全长测量，由所述读
数仪23读取所述管幕4轴线测试值，并将测试值通过所述通讯电缆5传输和储存至所述计算
机24中；
步骤2：根据预先编制好的安装在所述计算机24中的程序以及步骤1获得的测试值，计
算所述管幕4轴线与设计轴线的偏离值；
步骤3：将计算得到的偏离值与预先设定的规定值进行对比，判断偏离情况是否在允许
范围之内，若是，则继续顶进；若偏离超过规定值，则停止顶进，并由所述计算机24根据偏离
量和设定公式计算纠偏量，其中为纠偏量；为所述纠偏装置31滚轴的直径；为所述传动轮14
滚轴直径；为测试计算得到的所述管幕4轴线与设计轴线的偏离值；为当前状态所述管幕4
的顶进长度；
步骤4：进一步将计算得到的纠偏量输出至所述纠偏控制器33调整所述纠偏装置31的4
个转向器，调整到位后，试顶进1m后停机，重复步骤1～步骤2，判断纠偏效果，若可行则继续
顶进，直至所述管幕4轴线恢复到设定或允许路径；否则，先行停机并适当增大纠偏量，重复
步骤1～步骤4；
步骤5：待纠偏到位后，停机并通过所述传动轮14复位所述纠偏装置31的4个转向器8，
继续顶进，依次重复上述步骤，直至顶进施工完毕。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例提出了一种基于测斜的超长水
平管幕顶进施工控制装置与方法，可实现超长水平管幕顶进过程中，管幕轴线姿态的实时
监测和调整，可确保管幕顶进精度，以满足预定设计要求。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括
由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。