大直径曲线顶管施工中继间设置技术

大直径曲线顶管施工中继间设置技术一、大直径曲线顶管施工概述大直径顶管通常指管径大于3米的顶管施工，其在城市地下管廊、综合管廊、大型排水管道等工程中应用广泛。曲线顶管则是指在地下沿曲线轨迹推进的顶管施工技术，它能够有效避开地下障碍物，适应复杂的地下管线布局，减少地表开挖和对周边环境的影响。在大直径曲线顶管施工中，由于管径大、曲线半径小、顶进距离长等因素，顶进阻力显著增加，传统的单段顶进方式难以满足施工需求，中继间的设置成为关键技术环节。二、中继间的作用与分类（一）中继间的作用中继间是在顶管施工中设置在管节之间的一种辅助推进装置，其主要作用包括：分段顶进：将长距离顶管分为若干段，通过中继间的接力推进，减小顶进阻力，避免因顶力过大导致管节损坏或后背土体破坏。例如，在直径4米、顶进距离1000米的曲线顶管工程中，若不设置中继间，总顶力可能超过管节的允许顶力，而设置5-6个中继间后，每个中继间承担的顶力可控制在管节允许范围内。纠偏调整：在曲线顶管施工中，中继间可以通过调整各段的顶进速度和顶力分布，实现对顶管轨迹的精确控制，纠正顶管的偏差，确保顶管沿设计曲线推进。传递顶力：中继间能够将主顶油缸的顶力传递到前方管节，同时承受后方管节的反作用力，起到承上启下的作用。（二）中继间的分类根据中继间的结构形式和工作原理，可将其分为以下几类：|分类|结构特点|适用范围||----|----|----||液压式中继间|由液压缸、活塞、密封圈等组成，通过液压油驱动活塞伸缩实现顶进。|适用于各种管径和顶进距离的顶管施工，尤其是大直径长距离顶管。||机械式中继间|采用齿轮、齿条或螺旋传动机构，通过机械力实现顶进。|适用于管径较小、顶进距离较短的顶管施工。||气压式中继间|利用压缩空气推动活塞顶进，结构简单，但顶力较小。|适用于小直径、短距离的顶管施工，如市政排水管道等。|在大直径曲线顶管施工中，液压式中继间因其顶力大、控制精度高、适应性强等优点，得到了广泛应用。三、中继间设置的关键技术（一）中继间的布置位置中继间的布置位置直接影响顶管施工的效率和安全性。在大直径曲线顶管施工中，中继间的布置应考虑以下因素：顶进阻力分布：根据顶管沿线的地质条件、管径、曲线半径等因素，计算顶进阻力的分布情况，在顶进阻力较大的位置设置中继间。例如，在曲线段的起点和终点附近，由于曲线曲率的影响，顶进阻力较大，应优先考虑设置中继间。管节允许顶力：根据管节的材质、壁厚、接口形式等参数，确定管节的允许顶力，中继间的布置应确保每个管节承受的顶力不超过允许顶力。施工进度要求：中继间的设置数量和位置应满足施工进度要求，避免因中继间设置过多导致施工工序复杂、进度缓慢。通常情况下，中继间的布置间距可通过以下公式计算：[L=\frac{F_{max}-F_{back}}{f\times\pi\timesD\times\gamma}]其中，(L)为中继间布置间距（米）；(F_{max})为管节允许顶力（千牛）；(F_{back})为后背土体的允许顶力（千牛）；(f)为管节与土体之间的摩擦系数；(D)为管节外径（米）；(\gamma)为土体的重度（千牛/立方米）。（二）中继间的结构设计中继间的结构设计应满足以下要求：强度和刚度：中继间的结构应具有足够的强度和刚度，能够承受顶进过程中的顶力和弯矩，避免因结构变形导致顶进失败。例如，在直径5米的顶管施工中，中继间的壳体厚度应不小于30毫米，以确保其强度和刚度。密封性：中继间的密封性能直接影响顶管施工的安全性和可靠性，应采用高性能的密封圈和密封结构，防止地下水和泥沙进入中继间内部，损坏液压系统和电气设备。操作便捷性：中继间的结构应便于安装、拆卸和维护，操作简单快捷，减少施工时间和成本。（三）中继间的顶力控制中继间的顶力控制是大直径曲线顶管施工中的关键技术之一。顶力控制不当可能导致管节损坏、顶管偏差过大等问题。中继间的顶力控制应遵循以下原则：分级控制：根据顶进阻力的变化，采用分级控制的方式调整中继间的顶力，避免顶力突变导致管节损坏。例如，在顶进初期，顶力较小，可采用较低的顶力等级；随着顶进距离的增加，顶力逐渐增大，可逐步提高顶力等级。同步控制：在曲线顶管施工中，各中继间的顶进速度和顶力应保持同步，避免因顶进速度不一致导致管节之间产生相对位移，影响顶管轨迹的控制。实时监测：通过安装压力传感器、位移传感器等监测设备，实时监测中继间的顶力、位移等参数，根据监测数据及时调整顶力控制策略。四、中继间设置的施工工艺（一）中继间的安装中继间的安装应在顶管工作井内进行，具体步骤如下：准备工作：清理工作井内的杂物，检查中继间的零部件是否齐全、完好，安装液压系统和电气控制系统。吊装就位：使用起重机将中继间吊装到工作井内的预定位置，调整中继间的水平和垂直度，使其与管节轴线对齐。连接管节：将中继间与前后管节通过螺栓或焊接等方式连接牢固，确保连接部位的密封性和强度。调试运行：对中继间的液压系统和电气控制系统进行调试，检查中继间的顶进速度、顶力等参数是否符合设计要求。（二）中继间的顶进中继间的顶进应按照以下工艺进行：启动中继间：在顶进前，启动中继间的液压系统，将中继间的活塞伸出，推动前方管节前进。控制顶进速度：根据顶进阻力的变化，控制中继间的顶进速度，一般控制在5-10毫米/分钟。监测顶进参数：在顶进过程中，实时监测中继间的顶力、位移、油压等参数，根据监测数据调整顶进速度和顶力。纠偏调整：当顶管出现偏差时，通过调整中继间的顶进速度和顶力分布，实现对顶管轨迹的纠偏调整。例如，当顶管向左偏差时，可适当提高右侧中继间的顶进速度和顶力，使顶管向右纠正。（三）中继间的拆除当中继间完成顶进任务后，应及时拆除，具体步骤如下：停止顶进：关闭中继间的液压系统，停止顶进。卸载顶力：通过液压系统将中继间的活塞缩回，卸载顶力。拆除连接：拆除中继间与前后管节的连接螺栓或焊接部位。吊装拆除：使用起重机将中继间吊装出工作井，清理中继间的杂物，进行维护和保养。五、中继间设置的质量控制与安全措施（一）质量控制材料质量控制：中继间的零部件应选用优质材料，如高强度钢材、高性能密封圈等，确保材料的质量符合设计要求。加工质量控制：中继间的加工应严格按照设计图纸和工艺要求进行，控制加工精度和表面粗糙度，确保中继间的结构尺寸和性能符合设计要求。安装质量控制：中继间的安装应严格按照施工工艺进行，控制安装精度和连接部位的密封性，确保中继间的安装质量符合设计要求。顶进质量控制：在顶进过程中，应严格控制顶进速度、顶力等参数，实时监测顶管轨迹的偏差情况，及时进行纠偏调整，确保顶管施工质量符合设计要求。（二）安全措施施工前安全检查：在施工前，应对中继间的液压系统、电气控制系统、吊装设备等进行全面检查，确保设备的安全性能符合要求。施工过程安全监护：在施工过程中，应安排专人进行安全监护，及时发现和处理施工中的安全隐患。应急预案制定：制定完善的应急预案，针对可能出现的顶力过大、管节损坏、地下水渗漏等突发事件，制定相应的应急处理措施。安全培训教育：对施工人员进行安全培训教育，提高施工人员的安全意识和操作技能，确保施工安全。六、工程实例分析以某城市地下综合管廊工程为例，该工程采用直径4.2米的钢筋混凝土顶管，顶进距离1200米，曲线半径300米。在施工过程中，设置了6个液压式中继间，中继间布置间距为200米。通过合理设置中继间，有效减小了顶进阻力，顶进过程中最大顶力控制在1500吨以内，管节未出现损坏现象。同时，通过实时监测和纠偏调整，顶管轨迹的偏差控制在50毫米以内，满足设计要求。七、结论与展望中继间设置技术是大直径曲线顶管施工中的关键技术之一，它能够有效减小顶进阻力，