学文网摘 要：通过工程实例针对中继间设计中偏于保守的情况，从经济和技术的角度提出中继间的布置原则，为更长距离或更大口径的顶管施工积累了经验。
关键词：顶管；中继间
近年来，随着城市的不断繁荣和发展，顶管技术朝着大管径、长距离的施工方向发展。特别是在繁华大都市的市***建设项目中，长距离地下顶管技术以其独有的优势被广泛地应用。然而由于我国土质多为亚粘土、沙性土，顶进中摩阻系数大而使顶进长度受到限制。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。
某市安全供水高速通道工程是为了提高自来水应急状态下南北联网的输水和蓄水能力，确保城市供水安全，铺设管径Φ2400供水管网2450米，管材规格主要采用顶管为C50 钢筋混凝土管，内径2.4m，壁厚0.24m，外径2.88m。本工程采用机械顶管施工。同时考虑到顶管顶进口径较大距离也较长，因此施工中采用了中继间等技术措施，确保顶管施工的顺利进行。
1 工程地质概况
根据勘察资料分析表明，顶管场地工程地质条件从上至下依次为杂填土、素填土、淤泥质粉质粘土、粉细砂、淤泥质粉质粘土、含卵砾石粉细砂、粉质粘土、含卵砾石粉质粘土、全风化粉砂质泥岩、强风化粉砂质泥岩及中风化粉砂质泥岩。
根据地质报告，本工程管道基础位于粉土夹粉砂或粉砂中，由于粉土、粉砂的阻力较大，含水丰富，在顶管施工时应注意控制标高，并采取井点降水法降低水位。
2 工作原理
中继间又称中继站或中继环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。工作时按先后次序逐个启动，首先借助最前面的中继间，将其前方的管路向前顶出一个中继间顶程，此时后面的中继间和工作井内的主千斤顶保持不动，形成后座。然后最前面的中继间排放油压，将液压系统转换为自由回程状态。接着后面的中继间或主千斤顶向前顶进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成。
3 中继间型式选择
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。在选择中继间的型式时要结合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，根据工程的具体情况，采用与之相匹配的型式从而确保在施工过程中能够稳定、安全、可靠的运行。
对此本工程采用二段一铰可伸缩的套筒承插式结构，偏转角α=±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1号锂基脂的油嘴，以减少顶进时密封圈的磨损。在中继顶的铰接处设置4只注浆孔，顶进时可以进行同步注浆，减小顶进阻力。
4 中继间需用量
在设计阶段中继间的数量可按下式估算：
n=π×D1×fk×（L+50）/（0.7×F中）-1
式中，n―中继间数量（取整数）；D1―管节外径；fk―管节表面综合摩阻力，取5KN/m2；L―顶管长度；F中―中继间设计允许顶力（KN）。
本工程n=π*2.88*5*（2450+50）/（0.7*10000）-1=15
5 中继间布置设计
由于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。因此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。在进行中继间布置时在设计阶段可按以下程序进行：
5.1 首套中继间安装位置
首套中继间的安装位置可按下式进行计算：
L1=（P中-PF）*k1/（f2*π*D）
式中，L1―第一套中继间安装位置m；PF―工具管迎面阻力kN；f2―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，f2 相对大一点，对于粘土，根据实际工程总结，可取f2=5；k1―工作系数，取k1=0.60。
L1=0.60*（10000-2000）/（5*π*2.88）=106m
5.2 中继间设置间距
中继间设置间距在设计阶段可按下式进行计算：
ΔL=P中*K2/（f1*π*D）
式中，ΔL―中继间的间距，m；k2―工作系数，普通中继环取k2=0.7，组合密封中继环取k2=0.8。
ΔL=10000*0.8/（5*π*2.88）=176m
6 实际施工
根据以上计算施工中应考虑现场实际情况，实际布置中继间的数量和里程。要在试验段根据注浆效果和顶程阻力计算确定。
本工程在施工时按照计算应在顶进至106m时设置首套中继间，而此时根据顶进施工所获得的数据计算总顶力仅为中继间允许顶力的20%，于是暂时不进行首套中继间的设置，直至总顶力达到中继间允许顶力的60%时再进行设置。后续中继间的设置条件为总顶力达到中继间允许顶力的80%时再进行设置。
由于先后多次根据实际情况调整了原设计中继间的布置，最终原设计需15个中继间只设置了7个中继间，节约了大量的资金，也减少了大量后期处理工作。
7 中继间顶进技术要点
中继间安装时应检查各部件工作正常，安装完毕应进行调试。
多组中继间的使用应进行编组作业，从顶管机头向后按程序一次将每段管节向前推移，一组千斤顶伸出时，其他中继间应保持不动，当所有中继间依次完成顶伸后，主顶千斤顶最后完成顶进作业。
本次顶管工程由于工具管选型得当，技术措施合理，轴线偏差控制符合规范要求。顶进只用了210天，提前3个月完成了工期，取得了良好的社会效益及经济效益。同时减阻泥浆的成功运用，极大地减小了侧向摩阻力，为快速顶进和轴线控制创造了有利条件。
8 结语
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。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。结合本工程实例可以看出首套中继间宜按照中继间最大设计顶力的60%计算。中继间间隔取值采用中继间最大设计顶力的80%计算。这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。合理有效的利用中继间，既可缩短工期，又能节约成本。通过本工程的施工，为更长距离或更大口径的顶管施工积累了经验。
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