中繼環(huán)接力頂推裝置的研究與應(yīng)用

洪全(遼河石油勘探局油田建設(shè)工程二公司,遼寧 盤錦 124010)

在中國東南沿海區(qū)域的管道建設(shè)中，由于受地形、地質(zhì)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(jìn)阻力將超過主千斤頂?shù)娜菰S總頂力、套管管節(jié)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(jìn)技術(shù)，采用中繼環(huán)接力頂推裝置，即將頂進(jìn)套管分成數(shù)段，在段與段之間設(shè)置中繼環(huán)。套管的頂進(jìn)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(huán)的數(shù)量，就可增加套管頂進(jìn)的長度。該技術(shù)成熟，適應(yīng)長距離頂管穿越施工。

1 中繼環(huán)接力頂推裝置工作原理及工藝流程

中繼環(huán)接力頂推裝置工作原理:中繼接力技術(shù)在使用過程中，頂進(jìn)套管被分成數(shù)段，中繼環(huán)設(shè)置在段與段之間。從頂進(jìn)套管向工作井按照1#、2#……的順序依次對中繼環(huán)進(jìn)行編號。工作時(shí)，先啟動(dòng)1#中繼環(huán)，當(dāng)中繼環(huán)到達(dá)頂推允許的行程后，1#中繼環(huán)停止工作，然后2#中繼環(huán)啟動(dòng)并開始工作，工作井千斤頂最后啟動(dòng)。

外套通過中繼間小千斤頂?shù)纳斐鰟?dòng)作向前推出，管節(jié)向前推動(dòng)一段距離后，通過后面的主頂或者下一個(gè)中繼間將管道推動(dòng)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，小千斤頂縮回并恢復(fù)原位。管段被不斷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)推進(jìn)，最終整段套管向前推進(jìn)。

頂管機(jī)施工中的中繼間安放時(shí)，第一個(gè)中繼間應(yīng)放置在比較前一些，當(dāng)后座總推力達(dá)到中繼間總推力的40－60%時(shí)，就應(yīng)放置第一個(gè)中繼間；當(dāng)總推力達(dá)到中繼間的總推力的70－80%時(shí)安置一個(gè)中繼間，當(dāng)頂管機(jī)頂進(jìn)的總推力達(dá)到主頂千斤頂?shù)目偼屏Φ?0%時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)中繼間接力頂進(jìn)。

中繼環(huán)接力頂推裝置工藝流程:1#中繼環(huán)推進(jìn)→1#中繼環(huán)停頂→2#中繼環(huán)推進(jìn)→2#中繼環(huán)停頂→直到最后一個(gè)中繼環(huán)→依次循環(huán)直至頂管全部頂完。

2 中繼環(huán)接力頂推裝置構(gòu)造

圖1 中繼環(huán)接力頂推裝置構(gòu)造圖

中繼環(huán)需要滿足剛度大、方便安裝以及機(jī)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(yīng)與頂進(jìn)套管相等，并確保管節(jié)中的滑動(dòng)面與殼體之間具有良好的潤滑性和水密性，滑動(dòng)端應(yīng)該與特殊管節(jié)相聯(lián)接。主要構(gòu)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(tǒng)；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(huán)接力頂推裝置使用方法

3.1 中繼環(huán)在安放時(shí)，1#應(yīng)放在頂推靠前位置。掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)時(shí)，其推力會(huì)隨著土質(zhì)條件的變化而發(fā)生變化，當(dāng)總推力達(dá)到中繼環(huán)總推力百分之四十至百分之六十時(shí)，安放1#中繼環(huán)，每當(dāng)總推力達(dá)到中繼環(huán)總推力的百分之七十至百分之八十時(shí)，就安放一個(gè)中繼環(huán)。當(dāng)主頂油缸達(dá)到中繼環(huán)總推力的百分之九十時(shí)，開始啟用中繼環(huán)，其設(shè)計(jì)的允許轉(zhuǎn)角為1°，行程傳感器及限位開關(guān)安裝在每道中繼環(huán)之間。通過頂進(jìn)阻力計(jì)算可確定中繼環(huán)在管道上的分段安放位置。

3.2 套管的摩阻力將隨著頂進(jìn)距離的延長而增長，主頂推力也將不斷增大，當(dāng)管節(jié)強(qiáng)度和工作井的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無法滿足頂力時(shí)，就需要中繼接力頂進(jìn)。中繼環(huán)是由機(jī)械加工而成的一套內(nèi)外組合，許多臺(tái)小千斤頂均勻地安裝在環(huán)內(nèi)，通過中間的小千斤頂?shù)纳斐鰟?dòng)作，推動(dòng)外套往前推出，外套向前推動(dòng)管節(jié)一段距離后，又通過后部主頂推動(dòng)管道運(yùn)動(dòng)，使小千斤頂縮回復(fù)位。不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)推進(jìn)管節(jié)，使整段管道向前推進(jìn)。在頂進(jìn)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?shù)膲毫Γ梢耘c其他中繼環(huán)和后座通過程序連動(dòng)，一環(huán)接一環(huán)，自動(dòng)切換。

3.3 中繼接力系統(tǒng)由小千斤頂、液壓泵站、外殼體組成。當(dāng)后座總頂力達(dá)到中繼環(huán)總推力的90%時(shí)，就必須啟動(dòng)中繼環(huán)繼續(xù)頂進(jìn)施工，直至完成整段頂管的施工工作。

4 應(yīng)用實(shí)例

甬臺(tái)溫高速公路頂管長度102m，地質(zhì)條件為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，高速公路一側(cè)緊鄰低山，一側(cè)為田地，兩側(cè)高差12m。采取中繼環(huán)接力頂推裝置，解決了長距離頂管施工的困難，同時(shí)保障了頂管質(zhì)量和施工效益，解決了實(shí)際問題。對比采取泥水平衡、盾構(gòu)等大型頂管設(shè)備，節(jié)約了施工成本、保證了頂管施工質(zhì)量，滿足了業(yè)主對頂管施工的工期、質(zhì)量要求。

[1]徐輝,郁進(jìn)峰,嚴(yán)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(shù)通訊(施工技術(shù)).1982(01).

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

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

[5]毛海明,張海鋒,徐玉夏.中繼環(huán)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)在超長距離曲線頂管中的施工應(yīng)用[J].建筑施工，2014(01).