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文章关键词:英超联赛万博x,中继间套环

  长距离顶管中继间设计方法的研究_建筑/土木_工程科技_专业资料。 长距离顶管中继间设计方法的研究 何 莲 ( 扬州大学环境科学与工程学院 ,扬州 225009) 摘要 针对目前中继间设计中存在的无统一标准 、 顶力计算公式繁杂 、 偏于保守等

  长距离顶管中继间设计方法的研究 何 莲 ( 扬州大学环境科学与工程学院 ,扬州 225009) 摘要 针对目前中继间设计中存在的无统一标准 、 顶力计算公式繁杂 、 偏于保守等问题 ,通过现 场实测各管段中继间的实际使用情况 ,从经济和技术的角度提出中继间的设计原则 。 关键词 顶管 中继间 存在问题 设计原则 ( College of Envi ronmental Science & Engineering , Y angz hou U ni versity , Y angz hou 225009 , Chi na ) Abstract : Based on t he problems of no consistent standard , complex pin pushing formula , conservative calculation in relay well design and t he application of relay well ,t he design principal of relay well is put forward in view of economy and technology1 图1 中继间的构造 Keywords : Pin pushing ; Relay well ; Problem ; Design principal 中继间是长距离和超长距离顶管施工的关键设 置 ,它是分段克服摩阻力的一种施工技术 ,通过将管 道分成数段 , 分段向前推顶 , 使主千斤顶的顶力分 散 ,总顶力等于各分顶力之和 ,并使每段管道的顶力 降低到允许顶力范围内 。中继间的选用型式和设置 数目直接影响着顶管的质量和顶进速度 , 并关系着 整个工程的投资 。 1 工作原理 中继间又称中继站或中继环 ( 见图 1 ) , 实质上 是一个成环形布置的由许多短行程千斤顶组成的移 动式顶推站 ,这些千斤顶共同产生的推顶力 ,必须达 到为推动该中继间前方管段所需数值 。 中继间工作时按先后次序逐个启动 ,首先借助 Design on relay well in long2distance pin pushing process He Lian 2 现存问题 最前面的中继间 , 将其前方的管路向前顶出一个中 继间顶程 ,后面的中继间和工作井内的主千斤顶保 持不动 ,形成后座 ,这时最前面的中继间必须排放油 压 ,将液压系统转换为自由回程状态 。后面的中继 间向前顶将第一中继间的油缸缩回 , 前面的管段不 动 ,重复同样的动作 ,直到最后再由主顶油缸把最后 一段管路推顶上去 , 同样的过程继续重复直到整段 管节全部推顶完 。管顶推结束后 , 中继间按先后程 序拆除其内部油缸以后再合拢 。这样便达到了减少 顶力的目的 ,管外壁摩擦每次便只发生在正向前移 动的一部分管路上 ,反之 ,处于静止状态的各个管路 上并不会出现任何管外壁摩阻力 。 对某市排水管网现场 9 个顶管施工段部分中继 间的实际使用情况进行调查 , 该工程所处地质条件 为淤泥夹砂 , 地下水位较高 , 顶管段各段距离较长 , 300 m 以上的管段达 40 %左右 , 均需采用中继间技 术 。根据所测各段中继间实际使用情况发现目前中 继间的设置方法存在一些问题 ,与实际有很大差距 。 很多单位均凭经验设置 ,设计与施工差异很大 ,设计 给水排水 Vol 130 No16 2004 93 时数目过多 ,而实际施工时却用得很少有时甚至不 用 ,也有因未及时安放中继间而导致严重后果 。概 括起来 ,主要存在如下几方面的问题 : ( 1) 目前几种设计方法中 ,有的对中继间设计计 算公式中的设计参数未做具体规定 ; 有的设计方法 较具体 ,但对于中继间何时安放及中继间安放位置 的规定不准确 、 不一致 ,使得目前中继间的设置无统 一的标准 ,现行规范中也未对之加以明确规定[ 1 ,2 ] 。 ( 2 ) 目前的顶力计算公式较多 、 较杂 , 且计算值 相差很大 ,设计中继间时所选用的顶力公式不能反 映实际顶力变化情况 , 特别是随着顶管技术的提高 和注浆工艺的改进 , 顶力预估是否准确对中继间的 设置影响极大 。 ( 3) 因顶管的不可预见性 ,影响顶力的随机因素 较多 ,如沿途地质条件的变化 , 常会使顶力发生突 变 ,为安全起见 , 目前中继间的设计通常都偏保守 。 设计中继间数目比实际投入使用的要多 , 造成工程 造价的浪费 。现场施工中放置了多个中继间 , 但实 际真正使用的却很少 。 中继间设置是否合理 , 不但关系到管道顶进能 否正常进行 ,还关系到工程造价等问题 ,为提高顶管 工程的经济效率必须预先对中继间进行较为准确的 设计 。本文针对目前设计方法中存在的问题 , 重新 提出中继间的设计原则 。 3 设计及实证 311 影响因素 ( 1 ) 从技术角度看 , 中继间一方面可加长顶管 距离 ,降低管材的承载力与后背强度 , 降低沉井费 用 ,减少主顶顶力 ,但另一方面中继间使用麻烦 , 影 响顶管进度和降低效率 。另外中继间的设置还受 到沿途地质条件 、英超联赛万博x 顶力变化等的影响 , 有着很大的 不可预见性 ,所以中继间的设计需考虑一定的安全 系数 。 ( 2 ) 从经济角度分析 , 中继间设置数目过少 , 主 千斤顶顶力加大 ,油缸的数目需相应增多 ,耗油量也 相应增大 ,同时各个机械的磨损程度以及机械运费 加大 ,而中继间数目增多意味着购置中继间费用的 增大以及由于顶管效率降低而造成的顶管其他费用 增加 。使用中继间后 ,除了中继间本身的费用外 ,人 工费 、英超联赛万博x 机械费还需乘以一定的系数 , 数目越多 , 级数 给水排水 Vol 130 No16 2004 94 越高 ,工程造价也越大 。因此 , 从经济的角度来看 , 中继间设计数目不宜过多或过少 , 中继间最佳数目 和位置的确定 ,应作经济比较 。 312 设计原则 为规范中继间的设计与使用 ,总结工程实例 ,结 定中继间的数目 。一般第一中继间加设位置宜按中 继间设计顶力的 60 %计算 , 其余中继间的间隔宜按 中继间设计顶力的 80 %计算 , 主千斤顶所能顶推的 长度应按最大设计顶力的 80 %计算 。 313 设计方法 式中 P中 —— — 中继间设计顶力 ,kN ; P主 —— — 主千斤顶的最大允许顶力 ,kN 。 采用中继间时 , 总顶力可作如下分配 。工具管 的迎面阻力由一号中继间承担 , 其余中继间各承担 其前面区段的管道顶进 , 主千斤顶承担最后一段管 道的顶进 。具体的设计方法如下 : ( 1) 中继间设计顶力应小于或等于主千斤顶的 最大允许顶力 , 因主千斤顶作为支座所能承受的荷 载至少应等于每个中继间可能施加的压力 。 P中 ≤ P主 最大设计顶力由实际提供资料从技术经济角度 确定 ,可根据管材的允许承载力或后背的最大强度 确定 。 ( 2) 主千斤顶最大顶进长度 : π L m = P主 k 3 / ( f 1 D ) 合对实际顶力的分析 ,提出了如下的设计原则 : ( 1) 中继间设置的设计要考虑以下几个方面的 因素 : ① 首先考虑主千斤顶最大设计顶力 ,不能超过 顶进油缸的总顶力 ; ② 考虑管节的允许抗压强度 ,最 大顶力压强不能超过管节的允许抗压强度 ; ③ 考虑 后背墙的最大允许顶力 , 不能超过后背墙的允许顶 力; ④ 考虑一定的安全系数 , 为了防止遇到各种情 况 ,必须留有充分安全的余地 。 (2) 中继间设计顶力的确定 : 为便于配置 , 中继 间的设计顶力应采用同种规格且不能大于主千斤顶 的最大允许顶力 ,并受到油缸允许安装尺寸的限制 。 ( 3) 根据该段的实际地质情况 , 参考相近地段 , 同种工艺 ,同种管径的顶管实测经验数据 ,尽可能详 细地估测沿途顶力变化趋势 。 ( 4) 设计时选择一个较为合理的顶力公式来确 式中 L m —— — 主千斤顶顶推管道最大长度 ,m ; D —— — 管道外径 ,m ; k 3 —— — 工作系数 , 取 k 3 = 0180 ; 2 f 1 —— — 单位面积管道摩阻力 , kN/ m , 因主千 斤顶最大顶进长度较长 , 对于粘土 , 可 取 2~5 kN/ m2 。 ( 3) 第一套中继间安装位置 : π L 1 = ( P中 - P F) k 1 / ( f 2 D ) P F —— — 工具管迎面阻力 ,kN ; 际顶力变化及中继间的使用情况 , 本文建议第一套 中继间宜按照中继间最大设计顶力的 60 % 计算 。 中继间间隔取值本文采用中继间最大设计顶力的 80 %计算 , 主要是考虑除第一套中继间承受迎面阻 力外 ,后续中继间只需承受管壁摩阻力 ,而中继间等 待启动的时间较短 ,对顶力影响不大 ,该取值主要是 考虑中继间本身的工作效率 。最大主顶长度设计为 按最大主顶力的 80 %计算 , 是考虑到主千斤顶的工 作效率范围 , 以防顶力过大损坏油缸 。本文提出的 设计方法是考虑了一定的安全系数 , 所以该设计方 法中的取值在允许范围之内 。 根据以上原则 ,现将各段中继间重新设置 ,设计 方法如下 : ( 1 ) 对于 01 段 , 中继间设计顶力与主千斤顶最 大顶力相等 ,均为 8 000 kN ,管外径为 1 920 mm ,总 长 294 m ,粘土 , f 1 取 3 kN/ m2 。 计算 主 千 斤 顶 最 大 顶 推 长 度 : L m = 018 × 8 000/ ( 3114 × 192 × ) = 354 m ,因该段总长 294 m , 1 3 无需加中继间 。 而该段原设计在工具管后 50~80 m 处设第一 套中继间 ,间隔 130 m 处加设第二套中继间 , 中继 间采用 20 台 400 kN 千斤顶 。而实际使用中于 44 m 处加入一中继间 ,该处顶力 1 750 kN , 只有最大顶 力的 22 % ,因土质 、 注浆效果较好 , 顶力值较小 , 到 出洞时也只有最大顶力的 60 % , 中继间一直未被 使用 。 与原设计方案相比 , 本文提出的中继间的设计 方法不仅节省了中继间造价 ,减少了各项费用 ,而且 与实际较为相符 。 ( 2) 对于 08 段 ,管外径 2 640 mm , 粉质粘土 , f 1 取 3 kN/ m2 , 顶距 338 m , P主 = 8 000 kN , PF = 500 kN ,中继间设计顶力 P中 = 8 000 kN 。 主千斤顶最大顶推长度 : L m = 018 × 000/ ( 3114 × 164 × ) = 257 m , 8 2 3 给水排水 Vol 130 No16 2004 式中 L 1 —— — 第一套中继间安装位置 ,m ; f 2 —— — 单位面积管道摩阻力 , kN/ m2 , 其中考 虑注浆效果 , 第一套中继间靠前放 , f 2 相对大一点 , 对于粘土 , 根据实际工程 - 015 L1 在计算出来的基础上 , 第一套中继间的位置宜 稍靠前 ,以防前遇障碍或土质突变引起迎面阻力加 大 。因为正常情况下顶力变化不会太大 , 而一旦顶 力突然增大 , 多半是因前有物体堵住 , 迎面阻力增 大 ,周边摩阻力基本上无太大变化 ,中继间作用的效 果会更显著 ,以充分发挥中继间的作用 。 ( 4) 设置间距 : ΔL = P中 K2 / ( f 1 D ) π 式中 ΔL —— — 中继间的间距 ,m ; 合实际 ,尤其是对于单位面积摩阻力的选择 , 现有 顶力计算公式中该项参数为一固定值 , 且很少考虑 注浆效果 ,根据对现场几个工程的实测顶力变化分 析 ,得出软土地区单位面积摩阻力的变化规律 : L 1 100 m 时 , f 1 = 2~5 kN/ m2 ; L 1 100 m 时 , f 2 = 50 L 1- 015 ( 因第一套中继间基本安放在 100 m 左 右 ,所以照此取值 ) , 按此设计的中继间准确性更 高。 ( 2) 各工作系数的取值不同 。目前设计方法中 第一套中继间的工作系数取值较小 , 导致实际中继 间发挥作用不大 , 中继间承受的顶力较小 。根据实 合密封中继环取 k 2 = 018 。 该设计方法与目前设计方法主要区别如下 : ( 1 ) 顶力计算公式的选用不同 。因该公式较符 总结 , 可取 f 2 = 50 ; k 1 —— — 工作系数 , 取 k 1 = 0160 。 k 2 —— — 工作系数 , 普通中继环取 k 2 = 017 , 组 小于实际顶距 338 m ,所以需加设中继间 。 第一套中继间设置位置 : 015 L 1 = 016 ×( 8 000 - 500) / (3114 × 164 × ) = 2 50 95 314 实际验证 1 0 1 8 , 得 L 1 = 118 m 。 该处实测顶力值为 5000 kN , 减小顶管工作井的办法 尤 秋 铭 ( 广东水电二局股份有限公司 ,增城 511340) 常规的顶管施工主千斤顶位于管的后部 , 因此 千斤顶的长度占用了工作井很大的空间 。虽然减少 千斤顶的长度也可以达到缩小工作井空间的目的 , 但在顶进过程中须增加顶铁的数量 , 每当千斤顶行 程不足时必须缩回千斤顶加上顶铁来弥补行程 , 使 工作效率降低 。 以广州一工程为例 , 顶管管径为 300 mm , 将主 千斤顶进行改装 ,可分别向外旋转 ( 见图 1 ) ,顶进开 始前从洞口处顶出一根直径略大于管材外径的钢套 环 ,钢套环的前端和后端各安装一道止水圈 。钢套 环安装好后向外侧旋转主千斤顶以腾出空间 , 管头 可斜向放入洞口内 , 然后使用备用小型千斤顶顶入 洞口 ,待安装管材的空间足够后旋转主千斤顶至正 常作法位置 ,即可开始顶进 ,每次顶进管道时管道的 尾部都进入套环内 ,因此安装空间就相对大了很多 。 此法与传统作法相比减少了工作井的长度 , 降低了 工作井的施工成本 。 图1 改装后千斤顶示意 图2 顶进过程示意 ◇ 通讯处 :511340 广东增城市新塘镇水电二局经济部 占最大设计顶力的 60 % 。 L 1 + L m = 118 + 257 = 375 m , 大于实际顶距 , 可只使用一套中继间 , 于 118 m 处加入 。而原设计 分别于 60 m 与 198 m 处设两套中继间 ,实际于 100 m 处设一中继间 , 顶力达 4 000 kN , 占主顶的 50 % 。 根据实际顶力情况 ,若按照上述设计 ,证明确实是可 行的 ,且中继间能得以充分利用 。 通过实际应用验证 , 证明本文提出的中继间的 设计方法符合实际情况 , 可作为实际工程应用中继 间设计的依据 。 4 结语 ( 2) 本文所提出的中继间的设计方法是根据实 际中继间的使用情况从经济和技术的角度总结出来 的 ,并已经进行了实践验证 ,证明与实际应用较为相 符。 ( 3) 该方法特别适用于软土地区地下水位以下 的钢筋混凝土管顶管中继间设计 。 参考文献 本文主要得到了以下结论 : ( 1) 现有的中继间设计方法不太完善 ,不宜作为 设计的依据 。 给水排水 Vol 130 No16 2004 96 1 孙连溪主编 1 实用给水排水工程施工手册 1 第一版 1 北京 : 中国 2 余彬泉等编 1 顶管施工技术 1 第一版 1 北京 : 人民交通出版社 1 ◇ 通讯处 :225009 扬州市砚池新寓 3 # 205 建筑工业出版社 119981772~775 19981166~170 电线

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