顶管止退装置的适用性及发展

中图分类号：U 455 [ 文献标识码] B

Abstract： In the initial stage of pipe jacking， after the pipe joint is in place after the cylinder stroke， the pipe jacking machine and the pipe joint as a whole will fall back due to the lack of sufficient friction between the pipe joint outer wall and the soil layer under the action of the water and soil pressure on the palm face of the front end of the pipe jacking machine， and the stopping device will stabilize the pipe jacking machine and pipe joint in order to resist the backsliding force. Traditionally， the rain and sewage circular pipe jacking has a small section， and the positive soil and water pressure is relatively small， which makes the rollback force small. The rectangular pipe jacking has a large section， such as the underground pedestrian passage， vehicle passage and pipe corridor， and the positive soil and water pressure is relatively large. There are certain differences in the backstopping devices used between the two.

Key words： round pipe jacking; rectangular pipe jacking; backstop device

0 研究背景

通过比较正面水土压力小的小断面圆形顶管和正面土压力大的大断面矩形顶管，两者回退力大小不同而使用到的止退装置不同，深入谈论不同类型的止退装置的适用性以及未来止退装置的发展方向。

1 圆形顶管止退装置

1.1 钢绳焊接止退装置

早期针对小断面圆形顶管，传统方案在顶管周围的始发井墙壁上以及顶管管节处分别设置预埋钢板，当油缸行程顶完管节到位后、千斤顶油缸回缩之前，为了避免出现顶管机及管节回退现象，采用一根钢绳将始发井井壁与管节进行连接，钢绳一端端头与始发井墙壁上的预埋钢板进行焊接连接，钢绳另一端端头与管节上的预埋钢板进行焊接连接，依靠焊缝之间的抗剪强度来抵抗回退力，使得始发井井壁与管节连接成为一个整体，保证顶管机与管节的稳定。每投入一节管片就需要钢绳焊接加固一次，开始管片顶进后再将钢绳切割，依次重复上述流程，直至完成整个管片的施工。钢绳焊接止退装置详图见图1。

由于考虑钢绳组成的止退装置每完成一片管片，需要对钢丝绳焊接加固一次、切割一次，作业人员操作困难，增加了劳动强度和施工成本，延长了施工周期，同时对于断面稍大的圆形顶管，焊缝的抗剪强度不一定满足回退力的大小，使得止退效果达不到预期状态。

1.2 钢绳插销止退装置

在原有基础上优化钢绳止退装置，优化后止退装置设置范围包括原始发井墙壁结构、预埋钢板、钢绳、止退插销、止退孔、吊环；钢筋、钢板须提前在钢板埋设的同时与其进行锚固并预埋于内衬墙之中。吊环一端与预埋钢板进行焊接，与之紧固连结为一个整体；另一处依靠钢绳直接穿人环孔后固定，止退销每边需要 2 个，一个穿过环孔、吊环，使钢绳与内衬墙连接，另一个穿过环孔、止退孔将钢绳与管节连接，进而内衬墙、管节通过插销装置连接起到止退作用。钢绳插销止退装置详图见图2。

相比较，利用钢绳的抗拉强度来抵抗回退力比钢绳焊缝的抗剪强度来抵抗回退力更稳定靠谱，同时作业人员操作相对方便，节省施工成本以及周期。然而对于断面更大的圆形顶管，钢绳的抗拉强度同样不一定满足回退力的大小，使得止退效果达不到满意程度。

1.3 反力架止退装置

为了解决更大断面圆形顶管止退的问题，舍弃传统上钢绳组成的止退装置，采用反力架止退装置。在始发井管节两侧外各安装一套止退装置，包括型钢、牛腿架。当油缸行程推完，安装管节的时候，将插销插入管节外壁的吊装孔或者止退孔。管节的后退力通过插销、销座传递到止退装置的后支柱上，止退装置和基座焊接在一起，把顶管机和管节稳住，已达到止退效果。反力架止退装置图见图3。

现如今，反力架止退装置已广泛应用于圆形顶管施工中，相比较传统上钢绳组成的止退装置，更为稳定可靠，只需作业人员进行手动插拔插销，降低作业人员的劳动强度，提高管节止退装置使用的方便性，同时也适用于矩形顶管施工。

2 矩形顶管止退装置

2.1 新型止退装置

反力架止退装置现如今同样广泛应用于矩形顶管施工中，但对于超大断面矩形顶管或者覆土超深、超大断面矩形顶管情况时，反力架止退装置的整体受力体系较为单薄，可能还是会出现顶管回退现象。

针对超大断面矩形顶管或者覆土超深、超大断面矩形顶管施工时，可采用新型止退装置来达到有效止退效果。新型止退装置通过在管节吊装位置两侧各设置一套新型止退装置，该装置采用型钢材料，型钢横梁抵住在相对应的两侧内衬墙上并采用螺栓进行固定，同时在型钢横梁两侧设置钢牛腿，钢牛腿一端与型钢横梁进行焊接，一端连接地面，由此构成一个受力稳定可靠的新型止退装置。新型止退装图置见图 4。通过力的传递，最终由后靠墙全部承受回退力，后靠墙能够承受顶管施工最大顶力，自然能够满足回退力的大小，以达到稳定止退的效果。

2.2 组合式止退装置

新型止退装置对于大多数超大断面矩形顶管或者覆土超深、超大断面矩形顶管施工，均能够达到有效止退的效果，但对于一些非常特殊情况下的顶管施工时，也会出现止退失效的时候，例如由于施工作业区域受限，顶管施工时的履带吊行驶作业范围刚好位于顶管顶进路线正上方，使得原本已经超大的正面水土压力又进一步剧增，这种情况下，新型止退装置的后靠墙能够承受如此大的回退力，但型钢的抗压强度可能承受不住，会出现型钢变形、止退失效，甚至插销承受的回退力会将管节外壁止退孔崩坏，造成管节的损坏。

针对如此特殊的顶管施工情况，仅仅只靠管节外壁两侧的新型止退装置已经满足不了回退力的大小，需采用组合式止退装置来达到有效止退的效果。组合式止退装置采用管节外壁设置新型止退装置 + 管节内部设置一套止退装置组合而成。管节外壁设置新型止退装置同上述一样，管节内部止退装置是由型钢立柱、固定三脚架以及纵向支撑梁构成。在管节内部先将两根型钢立柱与管节预埋件进行焊接连接牢固（型钢立柱图见图 5），在顶进方向侧再焊接两个固定三脚架（固定三脚架图见图 6），在后靠墙侧焊接两根或者四根纵向支撑梁（纵向支撑梁图见图 7），纵向支撑梁一端与型钢立柱焊接牢固，另一端与后靠墙焊接牢固，最终将回退力传递到后靠墙上。管节内部止退装置示意图见图8。

止退方法利用固定架与滑轨的单向滑动连接，通过纵向支撑梁的卡接作用既能保证固定架能够在顶进施工过程中保持不动，也能够在而当顶进缸组收回之后抵消管节的后退力，能够在保证止退效果的同时避免反复拆装固定架，有利于提高顶管施工的效率和降低顶管施工的人工成本。

3 止退装置的发展方向

考虑到现在顶管施工，无论是圆形顶管还是矩形顶管，最常用的止退装置为反力架止退装置和新型止退装置，针对这两个止退装置最大的一个通病就是作业人员插拔插销手动化程度太高，每完成一节管节顶进施工，均要手动插拔插销，增加了部分劳动成本以及施工周期。

就针对解决该问题可作为未来止退装置改进和提高的方向，在两侧止退装置旁边，即止退孔相对应的位置可安装自动伸缩插销，自动伸缩插销装置由型钢架体、导轨基座、千斤顶、插销组合而成。型钢架体作为稳定机制，与管节止退孔位置相对应，而导轨基座作为移动平台，再将千斤顶前端与插销焊接牢固。当管节顶到位后、撤回顶力之前，自动伸缩插销前进移动插入管节止退孔内；当顶管开始顶进工作时，自动伸缩插销后退移动，拨出管节止退孔内的插销，由此来实现自动化止退的目的。自动伸缩插销装置图见图9。

可伸缩插销装置止退装置 T

4 止退装置的适用性及特征

现将钢绳焊接止退装置、钢绳插销止退装置、反力架止退装置、新型止退装置以及组合式止退装置总五种止退装置的各自适用性以及特征进行总结归纳，各类止退装置分析表见表1。

5 结论

本文针对不同断面尺寸的圆形顶管和矩形顶管所受到的回退力大小不同，可能会使用到不同的止退装置，以及各类止退装置的适用性、特征和止退装置未来可能的发展进行讨论，可得出以下结论：

1）钢绳焊接止退装置和钢绳插销止退装置，由于操作较麻烦，最主要达不到有效止退效果，已在顶管工程中所淘汰。

2）反力架止退装置、新型止退装置广泛应用于圆形顶管和矩形

顶管施工中，尤其是新型止退装置对于超大断面或超深覆土矩形顶管同样能够有效止退，使用价值极高，但两者均存在手动化插拔插销通病，未来若能够实现自动化插拔插销，将进一步提高顶管施工效率。

3）组合式止退装置对于正面水土压力激增情况，能够达到满意的止退效果。

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