陳濱
（鎮(zhèn)江市污水截流工程指揮部辦公室，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

　　摘要：介紹了一種長距離頂管施工的改進(jìn)工藝——中繼頂壓站的施工工藝、技術(shù)參數(shù)及施工器具等，總結(jié)了該工藝在城市地下管網(wǎng)工程改造中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
　　關(guān)鍵詞：頂管；中繼頂壓站；施工
　　中圖分類號：TU992.24
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2000)12-0047-02

　　鎮(zhèn)江市污水截流工程由中國市政工程華北設(shè)計研究院設(shè)計，該工程由新鋪28.5km截流管道和7座提升泵站組成，其中部分截流干管將在市區(qū)狹窄道路和交通繁忙地段路面下鋪設(shè)。1998年5月在實(shí)施市區(qū)環(huán)城路DN1400截流管道過程中，遇到一段長約450m、寬僅15m，車流量很大的路段，該處管道設(shè)計埋深在7m左右，如采取路面大開挖的方法，將實(shí)行交通全封閉施工，且在基坑開挖過程中還需對路面上原DN700的自來水輸水管和一雨水涵管進(jìn)行保護(hù)。經(jīng)分析各種因素和對工程費(fèi)用進(jìn)行綜合比較，決定在該段采用頂管法施工，在頂管過程中增設(shè)中繼頂壓站以減少頂管工作井的數(shù)量，盡可能少占交通路面。

　　1 中繼頂壓站的作用原理

　　在頂管施工中，可通過外表面光滑的管道或正確利用膨潤土懸浮液作為潤滑介質(zhì)以降低摩擦系數(shù)，從而大大降低推頂阻力，以便能夠加長推頂距離。但是在管道被頂入一定的長度之后，阻力仍會達(dá)到管道所不能承受的最大推頂力數(shù)值，而中繼頂壓站的作用是不再使整個管道同時向前推進(jìn)，只是將管道分段向前推頂。這樣，管道的外壁摩擦每次便只發(fā)生在正向前移動的那部分管道上，而處于靜止?fàn)顟B(tài)的那些管道上并不會出現(xiàn)任何管外壁摩阻力。中繼頂壓站由一些短行程千斤頂組成，這些千斤頂共同產(chǎn)生的推頂力必須達(dá)到推動中繼頂壓站前方的管段所需的數(shù)值。

　　2 頂管過程摩阻力的確定

　　根據(jù)作用和反作用定律，推頂管路上任意部位的推頂力必須大于或等于該處所受到的推頂阻力之和。推頂阻力由工作面前壁阻力和管外壁摩阻力組成，其中：
　　前壁阻力＝π4·D²頂·B
　　管外壁摩阻力＝π·D·L·M
　　式中　D頂 ——頂頭的外徑，m
　　　　　D——管道的外徑，m
　　　　　L——頂進(jìn)時管路長度，m
　　　　　B——前壁單位面積阻力，9.8kN/m²
　　　　　M——外壁單位面積摩阻力，9.8kN/m²
　　前壁單位面積的阻力估計為294～588kN/m²，(取決于土層性質(zhì)和頂頭的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)及摩損程度)，因而將頂頭前壁阻力定為1.2×106N。管外壁單位面積摩阻力由于受諸多參數(shù)影響，要預(yù)先準(zhǔn)確地算出單位面積摩阻力的數(shù)值是不現(xiàn)實(shí)的。預(yù)先計算的意義，僅在于得知其極限數(shù)值，從而能夠據(jù)此設(shè)計推頂設(shè)備，并對管道推頂?shù)南薅扔兴私狻Ｒ话阍诟苫瑒幽Σ燎闆r下，這一單位面積摩阻力最大可達(dá)49kN/m²，在本次頂管過程中加注了按一定比例配制的膨潤土，以降低管外壁摩阻力，根據(jù)以往頂管施工經(jīng)驗(yàn)，將管外壁單位面積摩阻力定為4.9kN/m²。

　　3 中繼頂壓站及其頂力的選定

　　本次頂管采用一座頂管工作井雙向頂進(jìn)，一側(cè)頂進(jìn)280m，另一側(cè)頂進(jìn)170m，現(xiàn)以280m一側(cè)的頂進(jìn)為例加以說明。千斤頂在正常推頂情況下，最多只可使用其容許極限數(shù)值的70%～80%，從而留有足夠的儲備，這里取75%。根據(jù)摩阻力的推算及所選鋼筋混凝土頂管管材的強(qiáng)度，本段頂管共設(shè)3套中繼頂壓站(兩用一備)，見圖1布置。每套中繼頂壓站設(shè)8臺6.86×105N千斤頂，頂管工作井設(shè)2臺3.92×106N的千斤頂，即每套中繼頂壓站頂力為75%×(6.86×105)×8＝4.12×106 N；總站頂力為75%×(3.92×106)×2＝5.88×106N，考慮頂管過程中可能遇到障礙物，取安全系數(shù)為1.5，則可推算相應(yīng)中繼頂壓站前管道頂進(jìn)過程的摩阻力：

　　1號中繼頂壓站：1.5×(120+π×1.72×35)×(4.9×10³)＝3.16×10⁶N＜4.12×10⁶N，滿足要求。
　　2、3號中繼頂壓站：1.5×π×1.72×100×(4.9×10³)＝3.97×10⁶N＜4.12×10⁶N，滿足要求。
　　3號中繼頂壓站僅作安全儲備用，原則上不用，只有在總頂壓站頂力不夠時啟動。
　　總頂壓站：1.5×π×1.72×145×(4.9×10³)＝5.76×10⁶N＜5.88×10⁶N，滿足要求。

　　4 中繼頂壓站的工作方法

　　首先由總頂壓站將管道向1號中繼頂壓站頂進(jìn)，當(dāng)頂進(jìn)一段長度后，啟動1號中繼頂壓站，它將前面的管道連同頂頭一起向前頂出一個該中繼頂壓站千斤頂?shù)捻敵蹋垡妶D2(b)］，后面的中繼頂壓站和頂管工作井的主千斤頂保持不動，這時1號中繼頂壓站便支撐在其后面的管道上，直至最后整個管道支撐在頂管工作井主千斤頂上。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)1號中繼頂壓站頂出時，其余中繼頂壓站和主千斤頂都承受著全部荷載，因此必須始終保持所有千斤頂內(nèi)的油壓。當(dāng)1號中繼頂壓站完全頂出后，它前面的管道便停止不動，這時必須釋放其千斤頂?shù)挠蛪海瑢⒁簤合到y(tǒng)轉(zhuǎn)換為自由回程狀態(tài)。下一步則是2號中繼頂壓站開始啟動［見圖2(c)］，它將第2個管道向前頂出一個該站千斤頂?shù)捻敵蹋@時2號中繼頂壓站支撐在其后的管道上，與此同時后面的中繼頂壓站和主壓站保持不動，但都承受著全部荷載。最后是總頂壓站開始工作，它將2號中繼頂壓站至總頂壓站的管道(包括3號中繼頂壓站)向前頂進(jìn)，頂出一個該總頂壓站千斤頂?shù)男谐蹋垡妶D2(d)］。當(dāng)總頂壓站千斤頂?shù)捻斄Σ粔驎r，可啟動3號中繼頂壓站，重復(fù)以上過程，借助這種交替動作的方法，可將總推力分割開［見圖2(a)］，使之成為各次推頂力的總和［見圖2(a)至(d)］。

　　5 結(jié)語

　　從以上對中繼頂壓站作用原理的分析可以看出，頂管施工中，在管路上適當(dāng)增設(shè)中繼頂壓站，可減少頂管工作井的數(shù)量，加大一次頂進(jìn)管道的長度。同時可利用中繼頂壓站上安置的千斤頂來調(diào)節(jié)和控制管路的導(dǎo)入方向。
　　采取這種方式，從理論上講可使頂進(jìn)管道達(dá)到任意長度，但實(shí)際上仍存在一定限制。當(dāng)某一中繼頂壓站工作時，只是被其所頂?shù)墓艿老蚯耙苿樱渌艿绖t不動，所以頂管總效率大為降低，經(jīng)濟(jì)性也隨之降低；另一個限制是所有管道在每次卸壓時都會發(fā)生回彈，造成這種現(xiàn)象的原因是被頂進(jìn)的每一節(jié)管道之間都必須配置彈性墊圈，以避免管端混凝土之間的集中壓力，每一個彈性墊圈在受力時都被壓縮若干mm，卸壓后這些彈性墊圈又都脹開，當(dāng)墊圈的數(shù)目很多時，中繼頂壓站的行程就有很大一部分要消耗在這種彈性變形上，而無法用來推頂管道。

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收稿日期：2000-06-17