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摘要：长距离大直径顶管的关键就是多种设备运行的平衡，以及通过设备的调整适应不同的地质状况，长距离大直径曲线顶管的中继系统的安装与布置就尤为重要，是整个工程成败的关键，克服长距离曲线顶管的顶力，适应长距离大直径曲线顶管。
关键词：中继系统安装；安装位置
1工程概况
本工程施工场地位于广州市白云区机场路侧，黄园路与凯旋电力隧道位置所夹地块中。原始地貌属于广花盆地，下伏基岩为北东条带状分布石炭系、三叠系、二叠系沉积岩。现有线路地面高程6.70m～12.40m，高差5.7m，平均为8.94m。
为了连通航云电缆线路和凯旋电缆线路，完善该区域供电布置，本工程实施614.49米长的电缆隧道，施工工法分为顶管法和矿山法两种。顶管隧道起于广花路侧220kV凯旋电缆隧道的工作井E，隧道先沿广花路顶进直线顶进465米，到达起弧段位置的时候，通过控制顶管机的顶进方向，在曲线顶进105米，最后约32米部分采用矿山法连接施工，曲线段曲率约为820米。隧道顶管采用外径φ3600mm、内径DN3000mm、厚度300mm、幅宽3000mm的钢筋混凝土管，混凝土强度等级为C50，抗渗等级为P10。管节采用承插式接头，管内设置两排预埋钢环，两钢环间隔1.0m，宽150mm，厚度10mm。管内回填C20素混凝土，回填层中设置排水沟。顶管覆土厚度约为6.478～7.182m，土质由上而下分别为杂填土、中砂和粉质粘土。由起点至终点纵坡-0.3%，顶管穿越地层主要为粉质粘土和全风化泥岩。
2顶管工艺
2.1泥水平衡顶管施工的基本原理
顶管施工是从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，形成管道的施工。
2.2顶管施工关键参数计算
以下的顶管机主要性能参数的计算主要是根据本工程地质勘察报告和水文地质资料选取适当参数，并结合顶管机生产厂家设计共同计算完成。
2.3顶力计算：顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，包括顶管机正面泥水压力、管壁摩擦阻力。
2.3.1工作井～起弧段位置
工作井～起弧段直线顶管段，长465m，管顶覆土取6.5m
式中：Bc——管外径，取3.6m
p0——土水压力（砂分算，粘土合算）
△P——附加压力（一般取20kPa）
得：P0＝845（kN）
（2）f0=R*S
式中：R——综合摩擦阻力（kPa），取8kPa
S——管外周长（m），得S＝11.31（m）
得：f0＝8×11.31＝90.5（kN/m）
2.3.2曲线段的顶力计算
Pn=p0*［1-（cosα-γsinα）］n+f0*L
式中：D——管道外径（m）取3.6
P0——起始段的顶力（KN）
Pn——第n段的顶力（KN）
f0—管道与土的平均摩擦力（KN）
n——管的数量（曲线长105米=105÷2.5m/节=42节）
γ——管壁与土的摩擦系数，取2kPa
得：P42=845*［1-（cos30-2*sin30）］ n+90.5*105=12295 KN
2.4中继间接力系统
中继环在安放时，第一只中继环应放在比较前面一些。因为掘进机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化。所以，当总推力达到中继环总推力40％～60％时，就应安放第一只中继环，以后，每当达到中继环总推力的70％～80％时，安放一只中继环。而当主顶油缸达到中继环总推力的90％时，就必须启用中继环。中继环设计允许转角1°，每道中继环安装一套行程传感器及限位开关。中继环在管道上的分段安放位置，可通过顶进阻力计算确定。
各井段中间均需要增加中继环，各中继环布置计算如下：
2.4.1工作井E～5#接收井段
（1）根据主顶油缸总顶力为16000kN计算，顶管长度小于L＝（P-N）/F，（若考虑触变泥浆减阻效果，取粘土层段摩阻力为8kN/m2），即L＝（16000-845）/（8×3.14×3.6）＝168（m）的管段可以直接由总顶力完成顶进，不需要增加中继间。
（2）当顶进长度大于168m时，中继间布置方法如下：
①第一道中继间布置
L=（K•P-N）/F
式中：P——中继间设计顶力（kN），拟设计采用50个300kN的油缸，则总推力为15000kN。
N——机头迎面阻力（kN），为845kN
F——每平米管壁摩阻力（kN/m2），取8kN/m2（考虑触变泥浆减阻效果）
K——总推力达到中继间总推力的百分比，取50％
得：L=（50％×15000-845）/（8×3.14×3.6）=73.6m，取70m。
因此，第一道中继间布置于距头部70m处。
②第二道中继间开始，若余下顶管长度小于L＝P/F＝15000/90.5＝165（m），则管段可以直接由总顶力完成顶进，不需要继续增加中继间。
③若余下顶管段大于165m时，则增加中继间布置如下：
L=（K•P）/F
式中：P——中继间设计顶力（kN），拟设计采用50个300kN的油缸，则总推力为15000kN。
F——每米管壁摩阻力（kN/m），取为90.5 kN/m
K——总推力达到中继间总推力的百分比，取75％
得：L=（75％×15000）/90.5=124m，取90m。
因此，若需要增加第二道或更多中继间时，每隔100m布置一道。N8~起弧段位置设置6个中继间。为保证弧线段的曲率，在顶管机机头后方先增加1组中继间，在隔70m布置一组，剩下4组每隔100米布设一组。
图1 中继间布置图
2.5后靠背稳定性验算
在顶管过程中，为了使分散的各个油缸推力变成均匀地作用在工作坑的后方土体上，一般需要浇筑一睹后座墙，在后座墙与主顶油缸尾部之间，在垫上一块钢制的后靠板，有后靠板厚后座墙以及基坑后方土体这三者组成了顶管的后座。
（1）方形工作井受的静止、主动、被动土压力计算公式
方形工作井受土压力。工作井侧壁受的土压力按静止土压力计算，工作井前壁受到的土压力为主动土压力，后壁受到的土压力为被动土压力。
（2）方形工作井侧壁摩阻力的计算
4 结语
顶管是当今社会非开挖的主要施工技术，中继系统安装位置的准确性和合理性是顶管施工能够顺利进行的可靠保证。由于本工程设备安装位置的准确和误差控制合理，使得项目顺利推进，隧道顺利贯通。
参考文献：
[1]王承德，“曲线顶管初探”1998.4 18-21
[2]王承德，“顶进管道受理分析”特种结构，2006第四期
[3]余彬泉、陈传灿，《顶管施工技术》 人民交通出版社2003
[4]葛春晖，《顶管工程设计与施工》 中国建筑工业出版社 2011
论文作者:邓潇聪
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/6
标签：顶管论文; 推力论文; 阻力论文; 工作论文; 曲线论文; 压力论文; 隧道论文; 《基层建设》2016年11期论文;