超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析.docx
《超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析
超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析
第25卷第3期
2008矩
非开挖技术
TrenchlessTechnology
V01.25.No.3
June,2008
超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析
吴坚胡丽娟z
（1.杭州市市政工程集团有限公司;2.浙江耀信工程造价咨询有限公司）
摘要:
考虑到超长距离顶管施工在我国市政工程的应用越来越广泛,本文详细介绍了在超长距离顶管施工
中采用中继间这一关键技术的方法,并结合两个工程实例具体说明采用中继间的方法和成功经验,为我国的
超长距离顶管施工技术提供指导.
关键词:
超长距离顶管,中继间,接力顶进
1我国超长距离顶管技术的现状
超长距离顶管是为了满足大口径管道穿越江河
或地面构筑物,通向水域等需要,发展起来的一项敷
设管道的新技术.从1987年我国完成第一根超长距
离顶管以来,超长距离顶管施工技术在工程实践中
得到了广泛的应用.现将已完成的我国超长距离项
管工程简要介绍于表1.
通过这些年来的研究和工程实践,我国的超长
距离顶管施工技术得到了很大的发展.顶进设备基
本上与世界先进水平同步,施工技术也有了很大的
提高与进步.超长距离顶管技术的发展,同时也带动
了整个顶管技术的提高,特别是在沿海一带,顶管施
工已被广泛应用.超长距离顶管施工技术的发展主
要表现在如下几个方面:
1）工具管形式多样化,性能更加完善;
2）新型中继间的应用;
3）超长距离混凝土顶管的快速发展;
4）高压供电的采用;
5）长距离泥水输送技术;
6）曲线顶管测量技术等.
其中,采用中继间接力顶进是一项重要的技术
措施.一般顶管中,中继问使用的数量很少,控制简
单,对其性能也没有特别的要求.而在长距离顶进
中,中继间的数量少则七八个,多则近二十个,这就
需要简单实用的办法对这么多的中继间进行操作控
制,同时,由于中继间的使用频率很高,需要中继间
具有良好的密封性能.下面对超长距离顶管施工中
的中继间技术进行详细分析.
2中继间接力顶进技术
在超长距离顶管施工中,为增加顶进距离,可以
采用的措施有许多,如提高混凝土的抗压强度,采用
玻璃纤维管或钢管;减小管壁与土的摩擦阻力,如采
用注浆减摩.但是,上述这些措施往往难以满足长距
离推进的要求,而中继间技术的出现为超长距离顶
管施工提供了可能.
2.1中继间的型式
中继间,有的也称作中继站或中继环.中继间的
结构主要由壳体,油缸,密封件等部件组成.中继问
的供油方式一般是在中继间附近安装一台中继间油
泵.在顶进过程中,中继间安装在管道中的某个部
位,把管道分为若干个顶进区间.顶进时,先由若干
个中继间按先后顺序把管道顶进一段距离,然后由
主顶装置顶进最后一个区间的管道,这样不断重复,
直到整条管道贯通.管道贯通后,需按先后顺序拆除
中继间内部的油缸,然后按设计要求对中继问部位
进行处理.
中继间的型式与顶进采用的管材,管节的接头
型式,密封要求等有关,一般是根据工程的具体情
况,采用与之相匹配的中继间型式.
在超长距离顶管中,选择中继间的型式时,要结
合超长距离顶管的特殊性和复杂性,充分考虑中继
间的耐磨性和密封性能,确保在施工过程中能够稳
第25卷第3期吴坚胡丽娟:
超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析37
表1超长距离顶管工程实例
工程名称工程地点顶（m）管径（m）工具管形式管弑中继间数量
深圳市污水排海深圳市1O532.2O
华侨戏陵2.64气压反铲钢筋砼1O
星火开发区上海市15111.6O网格水力钢筋砼2O
排放管1.94机械化
奉贤污水排海上海市18561.65小刀盘土
工程2.OO压平衡钢筋砼14
嘉兴污水排海嘉兴市2O6O2.OO
工程2.40泥水平衡钢筋砼8
上海南市水厂上海市112O3
.OO
网格水力钢管14
过江顶管工程机械化
汕头市自来水网格水力
厂过海输水顶汕头市11402.OO钢管1O
管工程机械化
厦门污水排海网格水力
顶管工程厦门市1O5O1.8O钢管11机械化
深圳妈湾污水深圳市16O92
.40
网格水力钢管32
排海顶管工程机械化
上海上游弓J水
工程中的陇西上海市129O2.2O钢管1O
支线顶管
上海市上游引
水工程中的长上海市17433.5O钢管18
桥支线顶管
定,安全,可靠地运行.
2.2中继间的布置
中继间的布置除了要与经理论计算出的顶力相
配外,还要充分考虑到工程的实际情况.一般情况
下,第一只中继间应放在比较靠前的位置,当总的推
力达到中继间总推力的40%~60%时,就应安放第一
只中继间,这主要是考虑到在顶进过程中,工具管正
面的阻力会因土质条件的变化而发生较大的变化.
第一只中继间以后,每当推力达到中继间总推力的
70%~80%时,就应安放下一只中继间.
中继间的布置除了通过计算外,还要结合顶进
施工时的具体情况进行分析调整.一
2.3中继间的运行
中继间的运行可分为联动控制（自动控制）和手
动控制.联动控制是指中继间按照设定的程序自动
运行,而手动控制是由人工操作的.在长距离顶管施
工中,为了确保万无一失,联动控制（自动控制）和手
动控制两种方式是同时设置的,且两种方式之间是
可以相互转换的,在顶进过程中可以根据实际情况
采取相应的运行方式.
在长距离顶管中,采用的中继间较多,为了提高
顶进效率,要对中继间采用编组运行,通常可采用几
个中继间为一组,如采用三只中继间一组,则编组顶
进的程序是:
首先顶进第一只中继间,顶至行程时停
止;然后依次顶进第二只中继间和第三只中继间顶
进,每一只顶至行程时停止再开始顶同组的另一只.
当第三只中继间顶进结束后,开启第四只中继间顶
进,这时第一只中继间也可同时开始顶进.编组方法
应根据使用中继间的数量和位置进行调整.
2.4中继间的防渗
超长距离顶管顶进距离要超过千米,布置在前
面的中继间,来回动作达一万次,这对任何性能的密
封圈来说都是很难达到不被磨损,也就无法保证中
继间在使用过程中不会渗漏,而中继间的渗漏与工
程能否成功息息相关.因此对超长距离顶管来说选
择一种性能优越的中继间是十分重要的.
组合密封中继环是在综合钢管顶管中继环和混
凝土顶管中继环的优点基础上设计而成的,其最显
38非开挖技术Trencl~essTechnology2008正
着的特点是密封装置与管道是组合而成的,既可以
安装一道,也可以安装多道.该密封装置既可以用于
钢管顶管,又可以用于混凝土顶管,其特点是密封圈
磨损后可以在常压下方便地更换,目前该装置己通
过25~27m高水头下的施工实践.
3工程实例一
3.1工程概况
~2000mm排海管道工程是嘉兴市污水处理工
程的一个重要组成部分.正常排放管总长2060m,管
道内径q~2OOOmm,从高位井向大堤外顶进,埋深
9.30~21.81m,出洞口管内底标高一20.23m,前
1747.5m为下坡（一2.5‰）顶进,最后302.5m为平坡
顶进,终点管内底标高-24.60m.顶进施工采用"F—
B"型钢承口式钢筋砼管,楔形橡胶圈接口,多层胶
合板衬垫.
3.2地质资料
顶进轴线上方覆土为粉土层;淤泥质粉质粘土,
局部夹少量薄层粉土;粉质粘土.地质资料剖面图如
图1所示.
3.3中继间应用
正常排放管总长2060m,在出洞后的150m~
200m范围内顶进断面主要为④层砂质粉土夹粉砂,
随后的顶进主要在⑤层淤泥质粉质粘土和淤泥质粘
土中进行.因土层变化较大,顶进阻力在各土层中不
同,考虑到长距离顶管的特殊性并结合以往同类工
程的施工经验,原施工组织设计中拟布置14只中继
间进行接力顶进.
中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承插式结
2
+7
f
32
+3.8O
—
-7.85
——一—一———Z
高位井正常捧放蕾,;;蔫
星窿—一一——
—
25.55fl獭话诒—Z
豳
表2中继间位置
中继位置（管节间距累计距
问后）（//I）离（//I）
1103030
24296186
385129255
4165240495
5250255750
6330240990
74152551245
84952401485
95802551740
主顶3102050
构,偏转角=±2.,端部结构形式与所选用的管节
形式相同,外形几何尺寸与管节基本相同.在铰接处
设置二道可径向调节密封间隙的密封装置,确保顶
进时不漏浆,并在承插处设置可以压注润滑脂的油
嘴,以减少顶进时密封圈的磨损.中继间的铰接处设
置4只注浆孔,顶进时可以进行注浆,减小顶进阻
力.
顶进至194.1米时,根据顶进施工所获得的数
据计算,管节外壁和周围上体的摩阻力介于0.2～
0.3t/m2,是比较小的.根据计算结果,并结合以往的
施工经验,对中继间的位置做出了适当调整,以减少
中继间的投入,并能确保顶进的顺利进行.
由于第1,第2号中继问已经放置,第3号中继
间位置也已确定（因电缆等的长度已定）,因而中继
问布置从第4只开始调整.
调整后,正常排放管共设置九只中继
景壤土淤泥质糟质粘土粉土淤泥质粘土砂质粉土夹粉砂粘质粉土粘土一粉质粘土粘质粉土夹粉质帖士
阿1顶进沿线地质剖而罔
间,具体布置位置见表2.
表中间距及距离中未计中继间长度,
其长度在第9号中继间后计入调整.
顶进至1102.3米时,根据顶进施工至
今所获得的数据计算,管节外壁和周围上
体的摩阻力为0.05t/m左右,波动过程中基
本不超过0.1t/m.此时中继间布置了五只.
经计算并结合顶进施工的工艺要求,又对
中继间的位置做出了调整.因第1至第5
号中继间已经放置,因而中继问布置从第6
只开始调整.
调整后,正常排放管共设置八只中继
第25卷第3期吴坚胡丽娟:
超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析39
表3中继间位置
中继位置（管节间距累计距
间后）（m）离（m）
1103030
24296126
385129255
4165240495
5250255750
63723661116
74723001416
85572551671
主顶3792050
问,具体布置位置见表3.
表中间距及距离中未计中继间长度,其长度在
第8号中继问后计人调整.
由于先后两次根据实际情况调整了原来的中继
间布置,最终只设置了8只中继间,节约了大量的资
金,也减少了后期处理工作.
4工程实例二
4.1工程概况
奉贤污水南排是奉贤县政府为保护地面水质,
改善投资环境而建设的重大市政基础设施工程.北
起奉浦工业开发区,南至杭州湾,总管全长24km,沿
途设6座泵站.出海管段工程包括高位井一座,平面
尺寸11.4m~8.6m,高28.8m,采用沉井法施工;污水
放流管一根,全长1856m,采用顶管施工一次连续顶
进到位;污水放流管端部200m内设14根排海扩散
竖管,采用垂直顶升法自管内顶出海底.
4.2中继间接力顶进
由于本次顶进距离长达1856m,而且管节结构
最大允许顶力为6000KN,因此仅靠主顶顶力是无
法顶进到终点的.必须设置一定数量的中继间,采取
逐段接力顶进.当顶进总推力达到中继顶总推力的
70%-80%时,就应设置一只中继问.
本次超长距离顶管中继顶结构,采用二段一铰
可伸缩的套筒承插式钢构件.在铰接处设置二道可
更换可径向调节密封间隙的密封装置,并设置4只
可以压注1号锂基润滑油脂的油嘴,以减轻顶进时
密封圈的摩损.还设置有4只注浆孔,顶进时可进行
注浆,以减小顶进阻力.
结合本工程的特殊情况研制了一种新型的中继
间,用于接力顶进.这种中继间采用双道可调节橡胶
密封圈进行密封,其中有一道密封圈是可更换的,密
封圈内圈有环向压板将密封圈压紧,每块压板上有
一
个调节螺栓来调节密封圈的压密量,如果密封效
果不好,通过压紧压板可以改善密封状况.两道密封
圈中有一道事先是压紧的,另一道的压板则是放松
的,留作备用,若一道密封圈损坏,就使用另一道.
顶进使用的砼管节允许使用顶力600t,中继间
的装备顶力为800t.中继间长为1.5m,最大顶速可
达5cm/min,每次顶进的长度为30cm.
根据理论计算并结合顶进的工艺要求,本次顶
进一共布置了十一只中继间.中继问布置见图2所
示.
在实际施工时,由于侧向摩阻力比理论值要小
很多,只使用了第七和第十两只中继间进行接力顶
进.
因预想采用的中继问较多,故对中继间采用顺
序编组,编组的方法是:
每三只中继间一组,第一至
第三只中继间为第一组,第四至第六只中继间为第
二组.编组顶进的程序是:
第一只中继间顶进,顶至
行程时停止;第二,三只中继问依次顶至行程时停
止.第一顶进结束后,开启第二组中继间顶进,同时
第一只中继问也可同时开始顶进.原设计所有的中
继间是通过联动装置控制的,按设定的程序自动运
行,施工时如有特殊情况,也可改为手动控制,由人
工操作.
通过本工程的应用,在中继间的设置和运用上
有两点值得总结.一是减阻泥浆效果的好坏和轴线
控制的好坏直接影响中继间的布置,减阻效果好和
图2中继间布置图
非开挖技术TrencldessTechnology2008年
轴线控制得好,则相邻中继间之间距离可以适当增
大;反之则可能要减小.二是当顶进管道的覆土深度
较大时,按理论计算出的顶进管壁摩阻力比实际值
偏大,因此在覆土深度较深的顶进施工中,摩阻力的
计算应采用更接近实际的计算方法.
4结论及建议
1）中继间的布置是长距离顶进施工中的难点,
布置数量应周密考虑,中继间设置过多会造成不必
要的浪费,布置过少则无法满足顶进需要.
2）对中继间采取合理编组在是中继间技术运用
中的一个重要技术手段,编组方法除应采取合适的
土压力计算公式计算顶进时的摩阻力外还应考虑具
体工程的实际情况.
3）在具体工程中应及时利用前面组顶进的摩阻
力数据来调整中继间的布置及编组,使中继间的设
置最合理和经济.
4）现在采用接力顶进的中继间,一次顶进距离
只有20~25cm,这极大地制约了顶进施工的速度,研
制并使用长行程的中继间可以有效地解决超长距离
顶进施工的速度问题.如果中继间的有效行程由
25cm提高到100cm,则接力顶进时中继间运行次数
则降为四分之一,效率的提高是明显的.
参考文献:
…高乃熙,张小珠.顶管技术.北京:
中国建筑工业出版社
1984.
f2J余彬泉,陈传灿.顶管施工技术.北京:
人民交通出版社
1998.
[3】南野九辉.《推进工法设计及施工》,日本森北出版社,
1981
升级会员 