中继环接力顶推装置的研究与应用

2023-02-19

在中国东南沿海区域的管道建设中, 由于受地形、地质条件等因素的制约, 超过100米的高速公路、国省道的长距离顶管穿越施工中, 顶进阻力将超过主千斤顶的容许总顶力、套管管节容许的极限压力和工作井承压壁后靠土体极限反推力三者中之一, 以及受地形限制又不能采取对顶方式来解决此问题。为解决此问题, 需要研究中继接力顶进技术, 采用中继环接力顶推装置, 即将顶进套管分成数段, 在段与段之间设置中继环。套管的顶进长度不再受承压壁后靠土体极限反推力大小的限制, 只要增加中继环的数量, 就可增加套管顶进的长度。该技术成熟, 适应长距离顶管穿越施工。

1 中继环接力顶推装置工作原理及工艺流程

中继环接力顶推装置工作原理:中继接力技术在使用过程中, 顶进套管被分成数段, 中继环设置在段与段之间。从顶进套管向工作井按照1#、2#……的顺序依次对中继环进行编号。工作时, 先启动1#中继环, 当中继环到达顶推允许的行程后, 1#中继环停止工作, 然后2#中继环启动并开始工作, 工作井千斤顶最后启动。

外套通过中继间小千斤顶的伸出动作向前推出, 管节向前推动一段距离后, 通过后面的主顶或者下一个中继间将管道推动运动, 此时, 小千斤顶缩回并恢复原位。管段被不断的往复运动推进, 最终整段套管向前推进。

顶管机施工中的中继间安放时, 第一个中继间应放置在比较前一些, 当后座总推力达到中继间总推力的40-60%时, 就应放置第一个中继间;当总推力达到中继间的总推力的70-80%时安置一个中继间, 当顶管机顶进的总推力达到主顶千斤顶的总推力的90%时, 应启动中继间接力顶进。

中继环接力顶推装置工艺流程:1#中继环推进→1#中继环停顶→2#中继环推进→2#中继环停顶→直到最后一个中继环→依次循环直至顶管全部顶完。

2 中继环接力顶推装置构造

中继环需要满足刚度大、方便安装以及机械加工精确高等要求, 在使用过程中要具有水密性, 其壳体外径应与顶进套管相等, 并确保管节中的滑动面与壳体之间具有良好的润滑性和水密性, 滑动端应该与特殊管节相联接。主要构造由以下部分组成:1) 短冲程千斤顶组;2) 液压、电器及操纵系统;3) 壳体、千斤顶紧固件和止水密封圈;4) 承压法兰片 (图1) 。

3 中继环接力顶推装置使用方法

3.1 中继环在安放时, 1#应放在顶推靠前位置。

掘进机推进时, 其推力会随着土质条件的变化而发生变化, 当总推力达到中继环总推力百分之四十至百分之六十时, 安放1#中继环, 每当总推力达到中继环总推力的百分之七十至百分之八十时, 就安放一个中继环。当主顶油缸达到中继环总推力的百分之九十时, 开始启用中继环, 其设计的允许转角为1°, 行程传感器及限位开关安装在每道中继环之间。通过顶进阻力计算可确定中继环在管道上的分段安放位置。

3.2 套管的摩阻力将随着顶进距离的延长而增长, 主顶推力也将不断增大, 当管节强度和工作井的结构强度无法满足顶力时, 就需要中继接力顶进。

中继环是由机械加工而成的一套内外组合, 许多台小千斤顶均匀地安装在环内, 通过中间的小千斤顶的伸出动作, 推动外套往前推出, 外套向前推动管节一段距离后, 又通过后部主顶推动管道运动, 使小千斤顶缩回复位。不断往复运动推进管节, 使整段管道向前推进。在顶进距离较长的情况下, 可将管道分成几段, 这样就可以分段减少主顶的压力, 它可以与其他中继环和后座通过程序连动, 一环接一环, 自动切换。

3.3 中继接力系统由小千斤顶、液压泵站、外壳体组成。

当后座总顶力达到中继环总推力的90%时, 就必须启动中继环继续顶进施工, 直至完成整段顶管的施工工作。

4 应用实例

甬台温高速公路顶管长度102m, 地质条件为强风化凝灰岩, 高速公路一侧紧邻低山, 一侧为田地, 两侧高差12m。采取中继环接力顶推装置, 解决了长距离顶管施工的困难, 同时保障了顶管质量和施工效益, 解决了实际问题。对比采取泥水平衡、盾构等大型顶管设备, 节约了施工成本、保证了顶管施工质量, 满足了业主对顶管施工的工期、质量要求。

摘要：在长距离顶管施工过程中, 中继环起到了非常重要的作用。应用中继环可使管道分段向前推顶, 改变了以往整个管道同时向前推进的模式。通过这种推进形式, 管外壁摩擦每次只发生在正向前移动的一部分管道上, 具有较好的应用前景。本文主要阐述了中继环接力顶推装置工作原理、工艺流程和使用方法, 并例举了中继环接力顶推装置在甬台温高速公路施工中的具体应用。

关键词：中继环,顶推装置,应用