一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置及其监测控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置及其监测控制方法，该装置包括监测系统、分析系统和调整系统，监测系统将实时监测到的箱涵前端高程信息传递给分析系统，分析系统用于分析高程信息，并将相对高程差与设定预警阈值进行对比，若相对高程差超出设定预警阈值，则向调整系统发出调整指令；调整系统根据调整指令控制箱涵顶进的纵向坡度。本发明专利技术系统和方法实现顶进过程中对箱涵的高程实时监控，并及时调整，从而抑制箱涵的“扎头”和“抬头”现象，保证箱涵高程偏差在规范允许的范围内；以实现箱涵在高程方向自动纠偏。

A regulating device for longitudinal gradient of box culvert jacking and its monitoring control method

The invention discloses a device for adjusting the longitudinal slope of box culvert jacking and a monitoring and controlling method thereof. The device comprises a monitoring system, an analysis system and an adjustment system. The monitoring system transmits the height information of the box culvert front end monitored in real time to the analysis system, and the analysis system is used for analyzing the height information and the relative height difference and setting. If the relative elevation difference exceeds the pre-warning threshold, the adjustment command is issued to the adjustment system, and the longitudinal slope of the box culvert jacking is controlled according to the adjustment command. The system and method of the invention realize the real-time monitoring of the height of the box culvert in the jacking process, and adjust it in time, so as to restrain the phenomenon of \plucking\ and \raising head\ of the box culvert, ensure that the height deviation of the box culvert is within the allowable range of the code, and realize the automatic rectification of the height deviation of the box culvert.

【技术实现步骤摘要】
一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置及其监测控制方法
本专利技术涉及箱涵顶进施工技术，特别是涉及一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置及其控制方法。
技术介绍
近年来，随着我国道路建设步伐的加快，出现了许多铁路与公路的平交路口，为了缓解交通压力，提高通行的安全性，下穿铁路箱涵成为解决这一问题的常见形式。箱涵顶进方法是在既有线路下方顶进钢筋混凝土箱涵，形成不同的地下交通通道，以方便车辆的通行。箱涵顶进一般的施工流程为，在铁路线顶进的一侧开挖工作基坑，并做好工作基坑防护，然后在坑内浇筑滑板，在滑板上现场浇筑钢筋混凝土箱涵，再在离箱涵尾部不远处打入板桩修筑后背，在后背与箱涵底板之间安装顶进设备，加固既有线路。当箱涵顶进前方挖土完成一个顶程后，开动高压油泵，使千斤顶受液压力而产生顶力，推动箱身前进，箱身前进后使千斤顶的活塞回复原位，在空挡处填放顶铁，以待下次开镐，如此循环往复，直至箱身就位。该方法具有造价低，施工速度快，不中断交通的特点，因此被广泛用于箱形桥、地道桥和涵洞工程中。然而在实际的施工过程中，箱涵顶进过程是一个较难控制的过程，经常会产生一系列的施工问题。最常见的工程问题是箱涵顶进时的“扎头”现象，这种现象出现的主要原因有：(1)软土地基地下水位高导致的地基承载力小；(2)工作面开挖方式不当；(3)滑板设置方式不合理；(4)线上荷载及施工机械的外力作用。除此之外，不同的施工方法，顶程的大小，箱涵顶部有无覆盖土也会影响箱涵“扎头”。与箱涵顶进“扎头”现象相对的工程问题就是“抬头”现象，引起箱涵“抬头”的原因主要有：(1)为预防“扎头”在箱涵前端设置的船头坡或者滑板预留仰坡过大；(2)在开挖工作面时欠挖导致箱涵底板切土高度过大。总的来说，上述两种工程问题可以归结为顶进箱涵过程中高程的变化问题，在JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》中规定的高程允许偏差：当涵长<15m，允许偏差30mm，-100mm；当15m≤涵长≤30m，允许偏差40mm，-150mm，当30m≤涵长，允许偏差50mm，-200mm。在TB10203-2002《铁路桥涵施工规范》中规定高程偏差为顶程的1％，但不得超过150mm，-200mm。由规范可以看出，在箱涵顶进过程出现轻微的“扎头”和“抬头”属于正常现象，但一旦超过规范允许的高程误差就需要调整。解决箱涵“扎头”问题的传统方法可以分为两类，预防措施和纠偏措施。预防措施中常见的方法包括：(1)箱涵初顶时，滑板预抬头一定的坡度；(2)在箱体预制时，在底部1m内设置船头坡；(3)做好施工降水；(4)减少顶进前端附加重量对高程的影响；(5)采取合理的工作面开挖方式，控制好开挖面的坡度、宽度和高度；纠偏措施中常见的方法包括：(1)通过换填、注浆、打水泥(生石灰)桩等方法加固前方软弱土体，提高土体的承载力；(2)通过铺筑快硬水泥甚至基底投入轨枕、钢轨滑道抑制“扎头”；(3)采用薄壁钢筋混凝土基础或者铺垫薄钢板与混凝土滑板、后背梁联接成整体(4)对于底板前端安装钢刃角的箱涵可采用两侧刃角上部支顶法(5)也可采用气垫技术抑制“扎头”。箱涵“抬头”问题相对“扎头”较容易处理，常用的措施有(1)当箱涵抬头量不大时，将开挖底面超挖直到与涵身底面一致；(2)当箱涵抬头量较大时，可在箱涵前挖一定深度的坑，利用箱涵底板带动土体挤入坑内，降低抬头量；(3)还可以在箱涵前端压重物，进行负重顶进。上述提到的调整箱涵纵向坡度的措施存在一定的缺陷，例如滑板预抬头的坡度，船头坡的坡度往往不可控制，坡度过大会造成箱涵前端“抬头”；坡度过小对箱涵遇软弱地基仍然会“扎头”。其他纠偏措施通过换填地基土、采用滑道接长的方法来提高地基承载力，都需要在连续监测高程的基础上进行，这就需要连续的观测，这对监测人员来说是个不小的挑战。特别是当箱涵的顶进距离较长，需要加固地基的长度很难确定。如果箱涵一旦“扎头”，就将前进方向上剩余所有地基土加固或者滑板接长，难免造成一定的损失。所以整个的纠偏过程需要大量的人力物力，且很难做到实时监控，实时调整。目前针对上述箱涵纵向坡度的调整方法中存在的问题还没能提出智能化的解决方法。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置及其控制方法，以实现顶进过程中对箱涵的高程实时监控，并及时调整，从而抑制箱涵的“扎头”和“抬头”现象，保证箱涵高程偏差在规范允许的范围内。技术方案：本专利技术提供了一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置，包括监测系统、分析系统和调整系统，所述监测系统将实时监测到的箱涵前端高程信息传递给分析系统，所述分析系统用于分析高程信息，并将相对高程差与设定预警阈值进行对比，若相对高程差超出设定预警阈值，则向调整系统发出调整指令；所述调整系统根据调整指令控制箱涵顶进的纵向坡度。优选的，所述检测系统包括后视反射棱镜、激光全站仪和目标棱镜，所述后视反射棱镜作为已知高程的参照点，所述激光全站仪作为测站点用于测量箱涵前端的高程信息，所述目标棱镜布置在箱涵前端顶部中间，作为目标测点反映箱涵前端的高程，所述激光全站仪将监测到的目标棱镜的高程信息传递给分析系统，所述分析系统为计算机。优选的，所述激光全站仪架设在滑板的侧面，顶进箱涵的后面，保证激光全站仪与目标棱镜能够通视，同时不影响箱涵顶进过程。优选的，所述调整系统包括控制器、液压千斤顶和切土装置，所述液压千斤顶设置在箱涵底板的前端，分上下两排布置，所述切土装置设置在液压千斤顶的前端，控制器根据分析系统发出的调整指令控制上下两排液压千斤顶的顶力，从而控制切土装置的方向和角度，以调整箱涵顶进的纵向坡度。优选的，所述每排液压千斤顶的数量根据箱涵的宽度等间隔设置，所述切土装置的侧面形状为坡形，增加抬升力，前端设置成锯齿状，便于快速切土。优选的，该装置还包括移动终端，所述激光全站仪监测的高程信息上传至局域网，通过移动终端进行查询和实时监督。本专利技术还提供了一种箱涵顶进纵向坡度的监测控制方法，该方法采用上述的箱涵顶进纵向坡度的调整装置，包括以下步骤：(1)监测系统将实时测量到的箱涵前端高程值传递给分析系统；(2)分析系统将初始测量的高程值与已知高程的参照点的高程值进行比较，得到初始高程差，并将每次测量的高程值与已知高程的参照点的高程值进行比较，得到两者的高程差，然后将该高程差与初始高程差进行比较得到相对高程差，将相对高程差与设定的预警阈值进行对比，根据比较结果向调整系统发出调整指令；(3)调整系统根据调整指令改变箱涵顶进方向的纵向坡度。进一步的，所述步骤(2)中预先设定箱涵顶进过程中的预警阈值，采用△hb表示“扎头”阈值，△ht表示“抬头”阈值，具体为：已知高程的参照点的高程值为h0，第一次监测的高程值为h1，初始高程差为h1-h0，然后每顶进一次的高程值为hi，高程差为hi-h0，计算相对高程差δh＝hi-h0-(h1-h0)；判断相对高程差的正负，若为负值，进一步判断其是否大于△hb，若满足，则表明箱涵“扎头”，并计算相对高程差值δh与箱涵长度L的比值的正切值，根据反三角函数求出倾斜的角度α＝arctan(|δh/L|)，即为顶进装置抬升的纵向坡度，同时将抬升的倾角指令发送给控制器；当相对高程差值为正值，进一步判断其是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置，其特征在于：包括监测系统、分析系统和调整系统，所述监测系统将实时监测到的箱涵前端高程信息传递给分析系统，所述分析系统用于分析高程信息，并将相对高程差与设定预警阈值进行对比，若相对高程差超出设定预警阈值，则向调整系统发出调整指令；所述调整系统根据调整指令控制箱涵顶进的纵向坡度。

【技术特征摘要】
1.一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置，其特征在于：包括监测系统、分析系统和调整系统，所述监测系统将实时监测到的箱涵前端高程信息传递给分析系统，所述分析系统用于分析高程信息，并将相对高程差与设定预警阈值进行对比，若相对高程差超出设定预警阈值，则向调整系统发出调整指令；所述调整系统根据调整指令控制箱涵顶进的纵向坡度。2.根据权利要求1所述的一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置，其特征在于：所述检测系统包括后视反射棱镜、激光全站仪和目标棱镜，所述后视反射棱镜作为已知高程的参照点，所述激光全站仪作为测站点用于测量箱涵前端的高程信息，所述目标棱镜布置在箱涵前端顶部中间，作为目标测点反映箱涵前端的高程，所述激光全站仪将监测到的目标棱镜的高程信息传递给分析系统，所述分析系统为计算机。3.根据权利要求2所述的一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置，其特征在于：所述激光全站仪架设在滑板的侧面，顶进箱涵的后面，保证激光全站仪与目标棱镜能够通视，同时不影响箱涵顶进过程。4.根据权利要求1所述的一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置，其特征在于：所述调整系统包括控制器、液压千斤顶和切土装置，所述液压千斤顶设置在箱涵底板的前端，分上下两排布置，所述切土装置设置在液压千斤顶的前端，控制器根据分析系统发出的调整指令控制上下两排液压千斤顶的顶力，从而控制切土装置的方向和角度，以调整箱涵顶进的纵向坡度。5.根据权利要求4所述的一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置，其特征在于：所述每排液压千斤顶的数量根据箱涵的宽度等间隔设置，所述切土装置的侧面形状为坡形，增加抬升力，前端设置成锯齿状，便于快速切土。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种箱涵顶进纵向坡度的调整装置，其特征在于：还包括移动终端，所述激光全站仪监测的高程信息上传至局域网，通过移动终端进行查询和实时监督。7.一种箱涵顶进纵向坡度的监测控制方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-6任一项所述的箱涵顶进纵向坡度的调整装置，包括以下步骤：(1)监测系统将实时测量到的箱涵前端高程值传递给分析系统；(2)分析系统将初始测量的高程值与已知高程的参照点的高程值进行比较，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，梁瑞军，茅建校，王飞球，金顺利，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32