顶管机作为一种隧道掘进设备,在修建过街通道、地铁间连廊等施工中应用较多,其中,顶管机顶进方向控制是工程质量控制的一个难点问题。以矩形顶管机为例,通过对顶管机顶进原理介绍,提出了顶管机顶进过程可能发生偏离轴线的问题;针对这一问题,提出了轴线偏离检测方法,分析了纠正偏离的几种方式,如铰接油缸纠偏、改变刀盘旋转方向纠偏以及注浆纠偏等,并研究了每种纠偏方式的工作原理,为相关施工提供参考依据。

目前,常见的隧道外形多为圆形管道;但矩形管道在空间利用率上有明显优势,现多见于共同沟、电力隧道、水利隧道、地下通道、地铁车站出入口以及地铁车站。基于此,介绍了4900mm×6900mm矩形顶管机推进系统主要结构和推进油缸排布选型,并结合实例,对矩形顶管机推力进行了简要分析,为不同顶管施工所需推力参数提供理论支撑。

矩形顶管机与常用的圆形盾构或掘进机相比较,具有空间利用率高和施工成本低等优点。本文通过前期对大断面矩形顶管机的壳体进行三维建模,分析并建立壳体受力模型,使用Solid Works有限元软件对壳体结构建模、约束设定和载荷确定进行简化,经过计算后对结构应力和变形进行分析并进一步优化模型,形成基于Solid Works三维建模的壳体设计、校验和优化方法,可为矩形顶管掘进机的壳体设计提供指导。

矩形顶管机掘进安全与铰接密封系统密切相关,设计选择合适的铰接密封型式是确保安全施工的关键因素之一。首先对三种类型(大、中、小)的矩形顶管机铰接结构进行建模,并研究其在设备掘进中的受力和形变量;再介绍了橡胶与多唇聚氨酯铰接密封的材质特征,同时对比拟合分析了两种密封型式在矩形顶管机中使用的效果。分析表明,多唇聚氨酯密封较之橡胶密封更适用于矩形顶管机。其唇形大压缩量密封的特点能适应矩形顶管机的铰接结构形变的自适应需求,确保了密封性能稳定性,可以作为矩形顶管机铰接密封理论基础,为设计提供技术支撑。