中繼環接力頂推裝置的研究與應用

洪全(遼河石油勘探局油田建設工程二公司,遼寧 盤錦 124010)

在中國東南沿海區域的管道建設中，由于受地形、地質條件等因素的制約，超過100米的高速公路、國省道的長距離頂管穿越施工中，頂進阻力將超過主千斤頂的容許總頂力、套管管節容許的極限壓力和工作井承壓壁后靠土體極限反推力三者中之一，以及受地形限制又不能采取對頂方式來解決此問題。為解決此問題，需要研究中繼接力頂進技術，采用中繼環接力頂推裝置，即將頂進套管分成數段，在段與段之間設置中繼環。套管的頂進長度不再受承壓壁后靠土體極限反推力大小的限制，只要增加中繼環的數量，就可增加套管頂進的長度。該技術成熟，適應長距離頂管穿越施工。

1 中繼環接力頂推裝置工作原理及工藝流程

中繼環接力頂推裝置工作原理:中繼接力技術在使用過程中，頂進套管被分成數段，中繼環設置在段與段之間。從頂進套管向工作井按照1#、2#……的順序依次對中繼環進行編號。工作時，先啟動1#中繼環，當中繼環到達頂推允許的行程后，1#中繼環停止工作，然后2#中繼環啟動并開始工作，工作井千斤頂最后啟動。

外套通過中繼間小千斤頂的伸出動作向前推出，管節向前推動一段距離后，通過后面的主頂或者下一個中繼間將管道推動運動，此時，小千斤頂縮回并恢復原位。管段被不斷的往復運動推進，最終整段套管向前推進。

頂管機施工中的中繼間安放時，第一個中繼間應放置在比較前一些，當后座總推力達到中繼間總推力的40－60%時，就應放置第一個中繼間；當總推力達到中繼間的總推力的70－80%時安置一個中繼間，當頂管機頂進的總推力達到主頂千斤頂的總推力的90%時，應啟動中繼間接力頂進。

中繼環接力頂推裝置工藝流程:1#中繼環推進→1#中繼環停頂→2#中繼環推進→2#中繼環停頂→直到最后一個中繼環→依次循環直至頂管全部頂完。

2 中繼環接力頂推裝置構造

圖1 中繼環接力頂推裝置構造圖

中繼環需要滿足剛度大、方便安裝以及機械加工精確高等要求，在使用過程中要具有水密性，其殼體外徑應與頂進套管相等，并確保管節中的滑動面與殼體之間具有良好的潤滑性和水密性，滑動端應該與特殊管節相聯接。主要構造由以下部分組成:1)短沖程千斤頂組；2)液壓、電器及操縱系統；3)殼體、千斤頂緊固件和止水密封圈；4)承壓法蘭片(圖1)。

3 中繼環接力頂推裝置使用方法

3.1 中繼環在安放時，1#應放在頂推靠前位置。掘進機推進時，其推力會隨著土質條件的變化而發生變化，當總推力達到中繼環總推力百分之四十至百分之六十時，安放1#中繼環，每當總推力達到中繼環總推力的百分之七十至百分之八十時，就安放一個中繼環。當主頂油缸達到中繼環總推力的百分之九十時，開始啟用中繼環，其設計的允許轉角為1°，行程傳感器及限位開關安裝在每道中繼環之間。通過頂進阻力計算可確定中繼環在管道上的分段安放位置。

3.2 套管的摩阻力將隨著頂進距離的延長而增長，主頂推力也將不斷增大，當管節強度和工作井的結構強度無法滿足頂力時，就需要中繼接力頂進。中繼環是由機械加工而成的一套內外組合，許多臺小千斤頂均勻地安裝在環內，通過中間的小千斤頂的伸出動作，推動外套往前推出，外套向前推動管節一段距離后，又通過后部主頂推動管道運動，使小千斤頂縮回復位。不斷往復運動推進管節，使整段管道向前推進。在頂進距離較長的情況下，可將管道分成幾段，這樣就可以分段減少主頂的壓力，它可以與其他中繼環和后座通過程序連動，一環接一環，自動切換。

3.3 中繼接力系統由小千斤頂、液壓泵站、外殼體組成。當后座總頂力達到中繼環總推力的90%時，就必須啟動中繼環繼續頂進施工，直至完成整段頂管的施工工作。

4 應用實例

甬臺溫高速公路頂管長度102m，地質條件為強風化凝灰巖，高速公路一側緊鄰低山，一側為田地，兩側高差12m。采取中繼環接力頂推裝置，解決了長距離頂管施工的困難，同時保障了頂管質量和施工效益，解決了實際問題。對比采取泥水平衡、盾構等大型頂管設備，節約了施工成本、保證了頂管施工質量，滿足了業主對頂管施工的工期、質量要求。

[1]徐輝,郁進峰,嚴國仙,劉鴻鳴.頂管地下對接工藝及過程控制[J].建筑施工.2008(01).

[2]王承德.穿越甬江水下長距離頂管施工[J].建筑技術通訊(施工技術).1982(01).

[3]顧蓓瑛.水下特長距離頂管施工中中繼環的布置[J].施工技術，2003(09).

[4]向安田,朱合華,劉學增,葛金科.長距離急曲線頂管施工沉降控制的成套技術[J].西部探礦工程，2006(06).

[5]毛海明,張海鋒,徐玉夏.中繼環聯動系統在超長距離曲線頂管中的施工應用[J].建筑施工，2014(01).