中繼間的位置設(shè)置及應(yīng)用

□（安陽市幸福渠管理處）

中繼間的位置設(shè)置及應(yīng)用

□顧青林（安陽市幸福渠管理處）

由于管道屬于壓力管道，施工時(shí)應(yīng)滿足中繼間使用后管道的質(zhì)量及對(duì)外壁防腐處理等要求，采用可拆卸中繼間結(jié)構(gòu)型式，解決老式中繼間前后節(jié)合攏后需要焊接處理問題。文章從工程概況，可拆卸中繼間的結(jié)構(gòu)形狀，中繼間的位置計(jì)算，中繼間的拆除等方面談了自己的一些認(rèn)識(shí)，探討可拆卸中繼間位置的設(shè)置問題。

中繼間；頂管；位置計(jì)算

1 工程概況

南水北調(diào)配套工程滑縣支線Kb10+100-Kb10+609段509 m，采用泥水平衡頂管施工方案，管道采用DN1800JPCCP管道，頂管長(zhǎng)度分別為140、285、81 m，管道覆土深度為4～6 m，管材為山東龍泉管道工程股份有限公司生產(chǎn)的3 m/節(jié)JPCCP管，管材允許最大頂力6 000 kN。該地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂性土均一結(jié)構(gòu)。建基面位于第⑦層（alplQ41）粉細(xì)砂中。地下水埋深較大，不存在降排水問題。

2 中繼間的結(jié)構(gòu)形狀

圖1 中繼間結(jié)構(gòu)名稱圖

由于管道屬于壓力管道，應(yīng)滿足中繼間使用后管道的質(zhì)量和對(duì)外壁防腐處理等設(shè)計(jì)要求，采用可拆卸中繼間結(jié)構(gòu)型式（圖1），解決了老式中繼間前后節(jié)合攏后需要焊接處理問題。可拆卸中繼間裝置，主要包括前端管和后端管，還包括中繼間鋼套筒、油缸靠背支架和O型均壓頂環(huán)，中繼間鋼套筒的前段套接在前端管尾部，中繼間鋼套筒的后段套接在后端管的首部；前端管尾部緊貼中繼間鋼套筒鋼墊板，中繼間鋼套筒鋼墊板焊接在中繼間鋼套筒的內(nèi)壁上；油缸靠背支架緊貼在中繼間鋼套筒鋼墊板后，油缸靠背支架上均勻布置千斤頂油缸；O型均壓頂環(huán)的兩端面分別與千斤頂油缸、后端管緊貼在一起。前后端管首部設(shè)置有用于套設(shè)橡膠密封圈的O型凹槽。拆卸中繼間的油缸設(shè)備后，中繼間前后端管合攏的有效長(zhǎng)度等于JPCCP管道的有效長(zhǎng)度3 m，結(jié)構(gòu)尺寸如圖2。

圖2 中繼間結(jié)構(gòu)尺寸圖

3 計(jì)算實(shí)例

根據(jù)《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》第6.3.4條的頂進(jìn)阻力公式計(jì)算：

式中：Fp——頂進(jìn)阻力（kN）；D——管道外徑（m），2.16 m；L——管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長(zhǎng)度（m）；fk——管道外壁與土的平均磨阻力（kN/m2），選取8 kN/m2；NF——頂管機(jī)的迎面阻力。

3.1 迎面阻力

NF——頂管的迎面阻力；Dk——頂管機(jī)外徑，2.20 m；P——控制土壓力，P=K0γH0；K0——靜止土壓力系數(shù)，取0.55；H0——地面距頂管機(jī)中心高度，取6 m；γ——土的重量，取19 kN/m3。P=K0γH0=0.55×19×6=62.70 kN

3.2 位置計(jì)算

選取頂進(jìn)長(zhǎng)度285 m和81 m作為計(jì)算單元，計(jì)算其頂進(jìn)阻力。

Fp285=πDLfk+NF=3.14×2.16×285×8+238=15 701.87 kN

Fp81=πDLfk+NF=3.14×2.16×81×8+238=4 633 kN

頂管長(zhǎng)度285 m的頂進(jìn)阻力15 701.87 kN，大于管材允許的最大頂力6 000 kN，根據(jù)規(guī)范規(guī)定設(shè)置中繼間。頂管長(zhǎng)度81 m的頂進(jìn)阻力4 633 kN，小于管材允許的最大頂力6 000 kN，根據(jù)規(guī)范規(guī)定不需要設(shè)置中繼間。

3.2.1 第一個(gè)中繼間的距離

根據(jù)《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》第8.10.14條，當(dāng)總推力達(dá)到中繼站總推力40%～60%時(shí)，就應(yīng)安放第一個(gè)中繼站。故選取中繼站總推力（也即管道允許最大頂力）的60%時(shí)，安放第一個(gè)中繼間。

根據(jù)《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》第8.10.7條：“第一個(gè)中繼站一般應(yīng)安裝于頂管機(jī)后20～40 m，因?yàn)椴坏朔貙拥哪Σ亮Γ€要克服切削刀盤向前頂進(jìn)的反作用力，故選取第一個(gè)中繼間設(shè)置在40 m處。

3.2.2 其它中繼間的距離

同樣根據(jù)《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》第8.10.14條，安放第一個(gè)中繼站后，每當(dāng)達(dá)到中繼站總推力的70%～80%時(shí)，安放一個(gè)中繼站。而當(dāng)主頂千斤頂達(dá)到中繼站總推力的90%時(shí)，就必須啟用中繼站。在每段頂管時(shí)，除第一中繼間承受迎面阻力外，其余各中繼間均只承受管外壁的摩阻力。故選取中繼站總推力（也即管道允許最大頂力）的90%時(shí)，安放其它中繼間。

選取其它中繼間設(shè)置的距離為95 m。長(zhǎng)度285 m的頂管段共需要設(shè)置3個(gè)中繼間（包括第一個(gè)中繼間）。

4 中繼間的拆除

施工結(jié)束后，由前向后依次拆除中繼間內(nèi)的頂進(jìn)設(shè)備，包括千斤頂、法蘭、油路、油泵、電氣設(shè)備等；由第一個(gè)中繼間開始往后拆，拆除的空間由后面的中繼間繼續(xù)向前頂進(jìn)，使承插管口在中繼間外環(huán)壁內(nèi)相連接。總之，中繼間的頂進(jìn)與拆除均是由前向后進(jìn)行。每個(gè)中繼間拆除的順序應(yīng)是：先頂部、次兩側(cè)、后底部。

5 結(jié)語

建議按上述中繼間的意見進(jìn)行布置。計(jì)算僅是一個(gè)估算，由于JPCCP管的質(zhì)量和密度較好，表面粗糙度介于鋼管與傳統(tǒng)的混凝土管之間，只要控制好泥漿的使用，加強(qiáng)潤(rùn)滑效果，可以適當(dāng)延長(zhǎng)頂進(jìn)米數(shù)，并達(dá)到滿意效果。在布置中繼間時(shí)，還應(yīng)考慮中繼間處的地質(zhì)情況，選擇壓縮比比較小的土層位置，避免拆除中繼間后，管道合攏時(shí)承載面下沉合攏困難，其間距可做適當(dāng)調(diào)整。

TV990.3

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1673-8853（2017）01-0090-02

2016-11-14

（編輯：劉青）

顧青林（1971-），男，高工，主要從事水利工程建設(shè)與管理工作。