在矩形顶管施工中,长距离顶进是一项极具挑战性的任务。当顶进距离不断延长,仅靠主顶千斤顶的顶力,往往难以满足施工需求。此时,中继间的设置就成为解决这一难题的关键所在。中继间作为长距离顶进的核心技术,能够有效分担主顶千斤顶的负荷,确保顶管机持续稳定地推进。
中继间通常安装在顶管管道的合适位置,其主要功能是将长距离顶进过程进行分段。在每一段内,中继间的千斤顶提供额外的顶力,从而大大减轻主顶千斤顶的压力。中继间的结构设计复杂,主要由前壳体、后壳体、千斤顶、密封装置和液压控制系统等部分组成。前、后壳体分别与前后管节相连,连接方式既要保证牢固,又要便于顶进完成后拆除。一般采用高强度螺栓连接,并在连接部位设置密封垫,防止地下水和土体颗粒侵入。
千斤顶是中继间的核心动力部件,其数量和规格需根据顶管尺寸、顶进阻力和工程要求进行精确选择。在矩形顶管中,由于管道截面为矩形,千斤顶的布置需充分考虑矩形的受力特点,通常在四个角或长边中部等位置合理分布,以确保顶力均匀施加,避免管节因受力不均而变形或损坏。例如,对于较大截面的矩形顶管,可能需要设置 8 – 16 台千斤顶,顶力从几百千牛到数千千牛不等,具体数值根据顶进阻力计算确定。
密封装置对于中继间至关重要,它能确保在顶进过程中,中继间前后压力舱内的土体和压力有效隔离,防止土体泄漏和压力失衡。密封材料一般选用橡胶密封圈,根据中继间的结构和密封要求,设计成 O 形圈、唇形圈等合适的形状和尺寸。同时,采用多道密封方式,提高密封可靠性。在一些对密封要求较高的工程中,会设置三道橡胶密封圈,并在密封圈之间填充润滑脂,既增强密封效果,又减少密封圈的磨损。
液压控制系统负责精确控制中继间千斤顶的动作。它能根据顶管机的推进速度、顶进阻力和主顶千斤顶的工作状态等因素,自动调整中继间千斤顶的顶力和顶进速度。当主顶千斤顶的顶力接近极限,顶管机推进速度减慢时,液压控制系统会自动启动中继间千斤顶,增加顶力,使顶管机恢复正常推进速度;当顶管机推进阻力减小,主顶千斤顶和中继间千斤顶的顶力过剩时,液压控制系统则相应减小千斤顶的顶力,避免因顶力过大导致管节损坏或地面隆起。
在中继间的应用过程中,顶进顺序和控制策略有着严格要求。一般先启动主顶千斤顶,当主顶千斤顶的顶力达到一定程度,顶管机推进速度明显下降时,启动靠近顶管机的第一个中继间千斤顶,由其提供额外顶力,推动顶管机继续前进。随着顶进的进行,当第一个中继间千斤顶行程接近极限时,关闭该中继间千斤顶,将其锁定在当前位置,然后启动第二个中继间千斤顶,依此类推。在整个过程中,需实时监测各个千斤顶的顶力、行程以及管节的变形情况等参数,并根据监测结果及时调整顶进策略。例如,在某长距离矩形顶管工程中,顶进总长度达 500 米,共设置了 4 个中继间。在顶进过程中,通过传感器实时监测到第二个中继间千斤顶顶力异常增大,经检查发现是该段土体摩擦力增大所致。于是暂停顶进,对该段土体进行注浆改良,降低摩擦力后重新启动顶进,确保了工程顺利进行。
中继间在长距离矩形顶管施工中的应用,有效解决了顶力不足的问题,大大延长了顶管的顶进距离,拓展了矩形顶管技术的应用范围。随着技术的不断发展,中继间的设计和控制技术也在持续优化,如采用智能控制系统,实现对中继间的自动化、精准化控制,进一步提高了长距离矩形顶管施工的效率和安全性。未来,中继间技术有望在更多复杂地质条件和工程环境中发挥重要作用,为城市地下空间开发和基础设施建设提供强有力的技术支持。