陳濱
（鎮江市污水截流工程指揮部辦公室，江蘇 鎮江 212003）

　　摘要：介紹了一種長距離頂管施工的改進工藝——中繼頂壓站的施工工藝、技術參數及施工器具等，總結了該工藝在城市地下管網工程改造中的應用經驗。
　　關鍵詞：頂管；中繼頂壓站；施工
　　中圖分類號：TU992.24
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2000)12-0047-02

　　鎮江市污水截流工程由中國市政工程華北設計研究院設計，該工程由新鋪28.5km截流管道和7座提升泵站組成，其中部分截流干管將在市區狹窄道路和交通繁忙地段路面下鋪設。1998年5月在實施市區環城路DN1400截流管道過程中，遇到一段長約450m、寬僅15m，車流量很大的路段，該處管道設計埋深在7m左右，如采取路面大開挖的方法，將實行交通全封閉施工，且在基坑開挖過程中還需對路面上原DN700的自來水輸水管和一雨水涵管進行保護。經分析各種因素和對工程費用進行綜合比較，決定在該段采用頂管法施工，在頂管過程中增設中繼頂壓站以減少頂管工作井的數量，盡可能少占交通路面。

　　1 中繼頂壓站的作用原理

　　在頂管施工中，可通過外表面光滑的管道或正確利用膨潤土懸浮液作為潤滑介質以降低摩擦系數，從而大大降低推頂阻力，以便能夠加長推頂距離。但是在管道被頂入一定的長度之后，阻力仍會達到管道所不能承受的最大推頂力數值，而中繼頂壓站的作用是不再使整個管道同時向前推進，只是將管道分段向前推頂。這樣，管道的外壁摩擦每次便只發生在正向前移動的那部分管道上，而處于靜止狀態的那些管道上并不會出現任何管外壁摩阻力。中繼頂壓站由一些短行程千斤頂組成，這些千斤頂共同產生的推頂力必須達到推動中繼頂壓站前方的管段所需的數值。

　　2 頂管過程摩阻力的確定

　　根據作用和反作用定律，推頂管路上任意部位的推頂力必須大于或等于該處所受到的推頂阻力之和。推頂阻力由工作面前壁阻力和管外壁摩阻力組成，其中：
　　前壁阻力＝π4·D²頂·B
　　管外壁摩阻力＝π·D·L·M
　　式中　D頂 ——頂頭的外徑，m
　　　　　D——管道的外徑，m
　　　　　L——頂進時管路長度，m
　　　　　B——前壁單位面積阻力，9.8kN/m²
　　　　　M——外壁單位面積摩阻力，9.8kN/m²
　　前壁單位面積的阻力估計為294～588kN/m²，(取決于土層性質和頂頭的結構、狀態及摩損程度)，因而將頂頭前壁阻力定為1.2×106N。管外壁單位面積摩阻力由于受諸多參數影響，要預先準確地算出單位面積摩阻力的數值是不現實的。預先計算的意義，僅在于得知其極限數值，從而能夠據此設計推頂設備，并對管道推頂的限度有所了解。一般在干滑動摩擦情況下，這一單位面積摩阻力最大可達49kN/m²，在本次頂管過程中加注了按一定比例配制的膨潤土，以降低管外壁摩阻力，根據以往頂管施工經驗，將管外壁單位面積摩阻力定為4.9kN/m²。

　　3 中繼頂壓站及其頂力的選定

　　本次頂管采用一座頂管工作井雙向頂進，一側頂進280m，另一側頂進170m，現以280m一側的頂進為例加以說明。千斤頂在正常推頂情況下，最多只可使用其容許極限數值的70%～80%，從而留有足夠的儲備，這里取75%。根據摩阻力的推算及所選鋼筋混凝土頂管管材的強度，本段頂管共設3套中繼頂壓站(兩用一備)，見圖1布置。每套中繼頂壓站設8臺6.86×105N千斤頂，頂管工作井設2臺3.92×106N的千斤頂，即每套中繼頂壓站頂力為75%×(6.86×105)×8＝4.12×106 N；總站頂力為75%×(3.92×106)×2＝5.88×106N，考慮頂管過程中可能遇到障礙物，取安全系數為1.5，則可推算相應中繼頂壓站前管道頂進過程的摩阻力：

　　1號中繼頂壓站：1.5×(120+π×1.72×35)×(4.9×10³)＝3.16×10⁶N＜4.12×10⁶N，滿足要求。
　　2、3號中繼頂壓站：1.5×π×1.72×100×(4.9×10³)＝3.97×10⁶N＜4.12×10⁶N，滿足要求。
　　3號中繼頂壓站僅作安全儲備用，原則上不用，只有在總頂壓站頂力不夠時啟動。
　　總頂壓站：1.5×π×1.72×145×(4.9×10³)＝5.76×10⁶N＜5.88×10⁶N，滿足要求。

　　4 中繼頂壓站的工作方法

　　首先由總頂壓站將管道向1號中繼頂壓站頂進，當頂進一段長度后，啟動1號中繼頂壓站，它將前面的管道連同頂頭一起向前頂出一個該中繼頂壓站千斤頂的頂程［見圖2(b)］，后面的中繼頂壓站和頂管工作井的主千斤頂保持不動，這時1號中繼頂壓站便支撐在其后面的管道上，直至最后整個管道支撐在頂管工作井主千斤頂上。應當指出，當1號中繼頂壓站頂出時，其余中繼頂壓站和主千斤頂都承受著全部荷載，因此必須始終保持所有千斤頂內的油壓。當1號中繼頂壓站完全頂出后，它前面的管道便停止不動，這時必須釋放其千斤頂的油壓，將液壓系統轉換為自由回程狀態。下一步則是2號中繼頂壓站開始啟動［見圖2(c)］，它將第2個管道向前頂出一個該站千斤頂的頂程，這時2號中繼頂壓站支撐在其后的管道上，與此同時后面的中繼頂壓站和主壓站保持不動，但都承受著全部荷載。最后是總頂壓站開始工作，它將2號中繼頂壓站至總頂壓站的管道(包括3號中繼頂壓站)向前頂進，頂出一個該總頂壓站千斤頂的行程［見圖2(d)］。當總頂壓站千斤頂的頂力不夠時，可啟動3號中繼頂壓站，重復以上過程，借助這種交替動作的方法，可將總推力分割開［見圖2(a)］，使之成為各次推頂力的總和［見圖2(a)至(d)］。

　　5 結語

　　從以上對中繼頂壓站作用原理的分析可以看出，頂管施工中，在管路上適當增設中繼頂壓站，可減少頂管工作井的數量，加大一次頂進管道的長度。同時可利用中繼頂壓站上安置的千斤頂來調節和控制管路的導入方向。
　　采取這種方式，從理論上講可使頂進管道達到任意長度，但實際上仍存在一定限制。當某一中繼頂壓站工作時，只是被其所頂的管道向前移動，其他管道則不動，所以頂管總效率大為降低，經濟性也隨之降低；另一個限制是所有管道在每次卸壓時都會發生回彈，造成這種現象的原因是被頂進的每一節管道之間都必須配置彈性墊圈，以避免管端混凝土之間的集中壓力，每一個彈性墊圈在受力時都被壓縮若干mm，卸壓后這些彈性墊圈又都脹開，當墊圈的數目很多時，中繼頂壓站的行程就有很大一部分要消耗在這種彈性變形上，而無法用來推頂管道。

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收稿日期：2000-06-17