玻璃钢夹砂顶管中继间接力顶进施工工艺及其中继间装置

摘要

一种玻璃钢夹砂顶管中继间接力顶进施工工艺及其中继间装置。该装置是在中继间钢套筒内的前、后玻璃钢夹砂顶管端部设置加宽均压钢环，加宽均压钢环的内伸边缘上设计加劲肋板，加劲肋板与前、后玻璃钢夹砂顶管的内壁固连，以确保均布在前、后加宽均压钢环之间的中继间千斤顶能正常工作。该工艺的要点是采用上述装置对玻璃钢夹砂顶管进行接力顶进，当前根顶管到位后，其后的中继间千斤顶开始顶进，顶进完成后松开此中继间千斤顶油缸，使后面的中继间千斤顶继续顶进，依此类推循环，直至前根顶管完全到位；然后将其后的中继间组件拆下，密封中继间钢套筒上的安装孔，并利用主千斤顶或后面的中继间千斤顶将后根顶管继续顶进，以填充原中继间所占有的空隙。

说明书

                      技术领域

本发明涉及地下管道工程中的顶管技术，具体地指一种玻璃钢夹砂顶管中继间接力顶进施工工艺及其中继间装置。

                      背景技术

顶管施工作为一种非开挖地下管道的施工方法，能很方便的穿越公路、铁路、房屋、河流等铺设地下管道，对交通影响小、开挖土方少、机械化程度高，被认为是一种现代化的地下管道铺设方法，越来越多的地下工程采用这一施工方法。但是在传统的混凝土管和钢管顶管施工工艺中，也还有不少亟待解决的问题，比较重要的有软地基沉头、纠偏困难等，此外这两种管材的耐腐蚀性比较差、使用寿命比较短，这也制约着顶管施工技术的进一步发展。

为了解决上述问题，在目前的顶管施工中已逐渐采用玻璃钢夹砂管道来取代传统的混凝土管和钢管。由于玻璃钢夹砂管道外表光滑且致密、内壁粗糙度小、自重轻、耐腐蚀，与传统的管材相比具有所需顶力小、同等流量下的管径小、纠偏容易、不沉头、使用寿命长等优势，因此自其在顶管工程中开始应用以来，受到了工程技术界的广泛关注。

虽然玻璃钢夹砂顶管具有外壁光滑、顶力小的特点，一次单坑最大顶进距离远大于钢管和混凝土管顶管。但有时由于工程环境所限或由于其他的一些要求和考虑，所需的一次顶进距离很大，从而所需的顶力也很大。这样会带来以下几方面的问题：

其一，主千斤顶根本无法提供所需的顶力。主千斤顶所能提供的顶力是一定的，当顶力达到一定的限值后，主千斤顶所提供的顶力将无法继续增加，那么顶管施工将无法继续下去，整个工程可能因此而报废。

其二，后背墙强度不够而破坏。后背墙是支撑千斤顶的，承受着千斤顶的反力作用，在设计时也是有一定的强度极限的，顶力不能超过某一数值，否则会发生破坏，施工也将无法进行下去。

其三，超过了管材的承载能力导致管材破坏。不管什么材料都只有一定的承载能力，玻璃钢夹砂管也不例外，当顶力超过了这一承载能力后，管材就会破坏。

为了降低顶力，可以将全部顶进长度分成若干段，在各段将千斤顶及其相应的设备预设在管道内部，采取各个千斤顶接力顶进的方式进行，当前面一段的千斤顶顶到位后，后面一段的千斤顶开始顶进，后面的顶到位后，前面的再往前顶进，如此反复，最终完成整个顶进过程。由于各个中间千斤顶只需顶进各自所在的一段，因此各个中间千斤顶并不需要太大的顶力，而主千斤顶也只需顶进最后的一段，所需顶力将大大减小。这种分段接力顶进的方法称为中继间接力顶进，中间放置千斤顶所采用的相关设备就称为中继间。

混凝土顶管曾采用过中继间，但却无法直接将其运用于玻璃钢夹砂顶管，主要原因在于混凝土管属于厚壁管，通常其壁厚可达直径的十分之一，千斤顶可以直接作用在其上。但是玻璃钢夹砂顶管为薄壁管，其壁厚不到混凝土管的三分之一，千斤顶要是直接作用在其上，顶力将无法完全施加，并会造成受力不均，使玻璃钢夹砂管在较小的顶力下便发生破坏。  

此外混凝土顶管的中继间在顶进完成后，主要采用混凝土填充的方式来密封中继间，这对于玻璃钢夹砂顶管而言也是不可取的。要是仍用混凝土密封，如果薄了，即和玻璃钢夹砂顶管管壁相当，则施工可能比较困难，其他的一些力学性能及密封性也都会比玻璃钢夹砂管段差一些；要是厚了，则会造成管径突变，水流受影响；要是采用玻璃钢来密封，则成本又太高。因此有必要对其彻底改进。

                     发明内容

本发明的目的就是要提供一种玻璃钢夹砂顶管中继间接力顶进施工工艺及其中继间装置，它能有效地克服传统顶管施工中所存在的缺陷而适应于玻璃钢夹砂顶管施工，大大增加玻璃钢夹砂顶管的一次顶进距离。

为实现此目的，本发明所设计的玻璃钢夹砂顶管中继间接力顶进施工工艺，包括以下工序：

1)将O型橡胶密封圈套装在前根玻璃钢夹砂顶管尾部外壁的密封圈凹槽内，将钢垫板垂直固定连接在中继间钢套筒的前段内壁上，然后将中继间钢套筒的前段紧密地套入前根玻璃钢夹砂顶管的尾部，并使钢垫板的前面与前根玻璃钢夹砂顶管的尾端紧密接触；

2)将加宽均压钢环紧贴安放在中继间钢套筒内的钢垫板的后面，并将加宽均压钢环内伸边缘上的加劲肋板紧贴固定在前根玻璃钢夹砂顶管尾部内壁上，然后将前根玻璃钢夹砂顶管吊入工作坑内进行顶进；

3)前根玻璃钢夹砂顶管顶进后，在与其相连的加宽均压钢环的圆周上均布若干个中继间千斤顶油缸，并用固定装置将各个中继间千斤顶油缸安装在中继间钢套筒的内壁上；

4)将O型橡胶密封圈套装在后根玻璃钢夹砂顶管首部外壁的密封圈凹槽内，将加宽均压钢环紧贴安放在后根玻璃钢夹砂顶管的首端，并将加宽均压钢环内伸边缘上的加劲肋板紧贴固定在后根玻璃钢夹砂顶管首部内壁上，然后将后根玻璃钢夹砂顶管吊入工作坑，并将其插进中继间钢套筒的后段，使其首端的加宽均压钢环与中继间千斤顶紧密接触，进行接力顶进，如此重复；

5)当前根玻璃钢夹砂顶管顶进到位后，位于其后的中继间千斤顶开始顶进，顶进完成后将此中继间千斤顶油缸的油门阀松开，以便更后面的中继间千斤顶继续顶进，依此类推循环进行，直至前根玻璃钢夹砂顶管完全顶进到位；

6)前根玻璃钢夹砂顶管完全顶进到位后，将其后的中继间千斤顶油缸、前、后加宽均压钢环依次拆卸下来，并对中继间钢套筒上的千斤顶油缸安装螺母孔进行密封；

7)利用主千斤顶或后面的中继间千斤顶将后根玻璃钢夹砂顶管继续顶进，以填充原中继间所占有的空隙。

为实现上述施工工艺而专门设计的中继间装置，包括中继间钢套筒，中继间钢套筒的前、后段分别套接在前根玻璃钢夹砂顶管的尾部和后根玻璃钢夹砂顶管的首部，其前、后段套接部位分别设有O型橡胶密封圈。在前根玻璃钢夹砂顶管的尾端紧贴有钢垫板，钢垫板垂直固连在中继间钢套筒的内壁上。在钢垫板的背面和后根玻璃钢夹砂顶管的首端分别设有加宽均压钢环，加宽均压钢环的内伸边缘上设有加劲肋板，前、后加宽均压钢环上的加劲肋板分别紧贴固定在前、后玻璃钢夹砂顶管、的内壁上。在前、后加宽均压钢环之间沿圆环方向均布有若干个驱动中继间千斤顶伸缩的千斤顶油缸，千斤顶油缸通过固定装置安装在中继间钢套筒的中段内壁上。

本发明的优点在于：施工中所设计的加宽均压钢环依靠其内伸边缘上的加劲肋板，与玻璃钢夹砂顶管的内壁紧贴固定连接，一方面可确保中继间千斤顶完全支撑在加宽均压钢环上，使中继间千斤顶的顶力充分发挥出来，另一方面通过加宽均压钢环增大了传力面积，有效地克服了玻璃钢夹砂顶管壁薄的弱点，使玻璃钢夹砂顶管的受力趋于均匀，同时可通过固定在玻璃钢夹砂管内壁上的加劲肋板使受力更加合理。施工中所采用的垂直固定在中继间钢套筒内壁上的钢垫板在顶进过程中与前根玻璃钢夹砂顶管的后端始终保持接触，确保了中继间钢套筒与前根玻璃钢夹砂顶管始终同步顶进，而中继间钢套筒与后根玻璃钢夹砂顶管上的加宽均压钢环之间保持有一定的间隙，从而在千斤顶的作用下中继间能自由伸缩。施工后期在拆卸掉中继的相关组件后，通过千斤顶可以使前、后玻璃钢夹砂顶管的端面保持紧密接触，从而避免了在取出中继间部位的组件后进行填充的麻烦，大幅节约了施工成本。由此可见，本发明的施工工艺和装置成功地解决了薄壁玻璃钢夹砂顶管中继间接力顶进施工的难题，可大幅提高玻璃钢夹砂顶管的一次顶进距离。

                       附图说明

图1为千斤顶顶进前的玻璃钢夹砂顶管中继间装置结构示意图；

图2为千斤顶顶进后的玻璃钢夹砂顶管中继间装置结构示意图；

图3为图1、图2中的分片组装式加宽均压钢环的结构示意图。

                      具体实施方式

图中所示本发明的玻璃钢夹砂顶管中继间装置，具有连接前后顶管的中继间钢套筒1，中继间钢套筒1的前、后段分别套接在前根玻璃钢夹砂顶管10的尾部和后根玻璃钢夹砂顶管9的首部，其前、后段套接部位分别设有两道O型橡胶密封圈8。由于顶管纠偏可能会使管接头处产生一定的偏角，当地下水位较高水压较大时，如果只采用一般的钢套环套接或一道橡胶圈防渗，其效果往往不是很好，因而采用这种双O形的二级密封结构，可确保防渗效果。在前根玻璃钢夹砂顶管10的尾端紧贴有一钢垫板2，钢垫板2垂直焊接在中继间钢套筒1的内壁上。在钢垫板2的背面和后根玻璃钢夹砂顶管9的首端分别安装有加宽均压钢环3，加宽均压钢环3内伸边缘上焊接有垂直的加劲肋板5，前、后加宽均压钢环3上的加劲肋板5分别通过固定螺栓4紧贴安装在前、后玻璃钢夹砂顶管10、9的内壁上。上述加宽均压钢环3为便于拆卸的分片组装结构，由六片中空弧形板通过连接螺栓12组成一个整环，各分片中央和接头处设置加劲肋板5，这样在顶进完成后，可以很方便地将其拆卸下来。在前、后加宽均压钢环3之间沿圆环方向均布有四个驱动中继间千斤顶11伸缩的千斤顶油缸7，千斤顶油缸7通过两个固定装置6安装在中继间钢套筒1的中段内壁上。上述后根玻璃钢夹砂顶管9的可插入长度与钢垫板2至中继间钢套筒1后端之间的长度相匹配，也就是说对中继间钢套筒1的后段插口和后根玻璃钢夹砂顶管9的首段插入部分同时作了加长设计。这样，在顶管施工中，不管中继间千斤顶伸展到什么长度，一方面可以使中继间钢套筒1自由伸进，且其双O型橡胶密封圈8始终保留在中继间钢套筒1内，另一方面在拆卸中继间组件后，可以使前、后玻璃钢夹砂顶管10、9的端面保持紧密贴合，避免在取出中继间组件后进行填充的麻烦，从而减少成本。

采用上述装置作本发明的玻璃钢夹砂顶管中继间接力顶进施工时，按以下工序进行：

1)将双道O型橡胶密封圈8套装在前根玻璃钢夹砂顶管10尾部外壁的密封圈凹槽内，将钢垫板2垂直焊接在中继间钢套筒1的前段内壁上，然后将中继间钢套筒1的前段紧密地套入前根玻璃钢夹砂顶管10的尾部，并使钢垫板2的前面与前根玻璃钢夹砂顶管10的尾端紧密接触；

2)将加宽均压钢环3紧贴安放在中继间钢套筒1内的钢垫板2的后面，并将焊接在加宽均压钢环3内伸边缘上的加劲肋板5用固定螺栓4紧贴安装在前根玻璃钢夹砂顶管10尾部内壁上，然后将前根玻璃钢夹砂顶管10吊入工作坑内进行顶进；

3)前根玻璃钢夹砂顶管10顶进后，在与其相连的加宽均压钢环3的圆环上均布四个中继间千斤顶油缸7，并用两个固定装置6将各个中继间千斤顶油缸7安装在中继间钢套筒1的内壁上；

4)将双道O型橡胶密封圈8套装在后根玻璃钢夹砂顶管9首部外壁的密封圈凹槽内，将加宽均压钢环3紧贴安放在后根玻璃钢夹砂顶管9的首端，并将焊接在加宽均压钢环3内伸边缘上的加劲肋板5用固定螺栓4紧贴安装在后根玻璃钢夹砂顶管9首部内壁上，然后将后根玻璃钢夹砂顶管9吊入工作坑，并将其插进中继间钢套筒1的后段，使其首端的加宽均压钢环3与中继间千斤顶11紧密接触，进行接力顶进，如此重复；

5)当前根玻璃钢夹砂顶管10顶进到位后，位于其后的中继间千斤顶11开始顶进，顶进完成后将此中继间千斤顶油缸的油门阀松开，以便更后面的中继间千斤顶继续顶进，依此类推循环进行，直至前根玻璃钢夹砂顶管完全顶进到位；

6)前根玻璃钢夹砂顶管10完全顶进到位后，将其后的中继间千斤顶油缸7、前、后加宽均压钢环3依次拆卸下来，并对中继间钢套筒1上的千斤顶油缸安装螺母孔进行密封；

7)利用主千斤顶或后面的中继间千斤顶将后根玻璃钢夹砂顶管9继续顶进，以填充原中继间所占有的空隙。如此重复，最后所有的中继间全被拆除，并被后面的玻璃钢夹砂管填充，从而不需要再采用其他方法对中继间进行处理。