第2期非开挖技术ChinaTrenehiesTechn01ogy2013年4月No.2APr.,2013141管线直接铺设技术pruiksm。J.D.pfefD.NugrohoR.p.BoeijeH.M.G.Kruse著张健万谦译摘要:管线直接铺设技术借助“管道推进器”哪peThruster)的连续推进,单向连续地将预制管线铺设到位。如同顶管法一样,土体挖掘作业仍通过与管线相连的微型隧道掘进机来完成,开挖面通过泥桨维持,通常用膨润土泥浆。由于新方法的成功,已在几个工程中得以应用。管道推进器所产生的推力是直接铺管工程设计时考虑的一个重要问题。本文利用阴AQus软件包里的有限元法分析了将管线推入钻孔时所需要的力及相关因素。对有限元法计算结果的分析表明这几种因素之间具有强烈的相互影响。而且,根据这些因素和管段受力分析得出了推力计算公式,并将最近几个工程中测量出的推进力与根据这些计算公式的计算值进行了对比。结果表明,摩擦系数乙和尽应分别取为10DPa和0.3,推力设计值应将计算出的推力值乘以15倍的安全系数。这个安全系数主要是考虑到在停顿期会有2.5%的概率超过上述计算值后提出的关键词:非开挖、推进器、安全1引言非开挖技术,例如水平定向钻进、微型隧道掘进和其他几种顶管技术,自从上世纪80年代就开始大范围应用了。一方面他们提供了一种合理的穿越公路、铁路、堤坝、湿地、河流和一些不得不保持其完好无损的建筑时的方法,另一方面这些技术可以将在人口稠密和经济敏感地区铺设管道过程中的影响减到最小。几年前海瑞克发明了一种新的非开挖技术(图1)。2007年10月,这种新的直接铺管技术在世界上首次露面。那时在德国靠近沃尔海姆的地方用来铺设一条464米长横穿莱茵河的管道。直接铺管技术使用管道推进器将管道推入到钻孔中。由于这项新技术的成功,其他几个工程也开始应用。虽然所有的直接铺管工程的结果都成功了,但是还没有可以遵循的设计规范。确定管道推进器所需的推进力是直接铺管工程中的一项重要的设计内容。在管线铺设前,工程师需要将预估的推进力与管道推进器的能力进行比较。2背景直接铺管技术能够在“管道推进器”的推力作用下,以简单连续的方式将预制管道铺设到位。像顶管法法一样,土体钻进是通过与管线相连的可导向式微型隧道掘进机来完成的(图2)。钻掘面的稳定通过泥浆来维持,通常使用膨润土泥浆。在工作井中,对管道推进器的水平和竖直方向图1管线直接铺设技术施工现场图2装配好的直接铺管微型隧道掘进机142非开挖技术ChinaTrene川esTechnolo盯2013年4月都加以固定,并通过夹持机构将管线夹住往前推人到钻孔中。由于微型隧道掘进机的直径比管线直径大很多,因此钻孔中充满了润滑泥浆。至于选用的泥浆类型则根据钻孔中的土层条件来决定。3推进力的计算3.1一般原则管线铺设所需的推力应该在工程设计阶段就预测或计算出来。由于管道推进器的能力是有限的,因此,在长距离铺管中能否成功与预测的推进力的精度有关。将管道推人钻孔中所需的推力是通过使用ABAQUS软件包中有限元法得到的。在分析中发现以下因素对推力有影响:.推进器后面滚轮与管线的摩擦力;.管线与润滑泥浆之间的摩擦力;.微型隧道掘进机切削刀盘上的迎面阻力;.管线与钻孔壁间的摩擦力;.管线屈曲造成的摩擦力。只有第一个因素是独立的,因为滚轮上的管线位于推进器后面。其它因素之间有很强的相关性,这可用非线性有限元来模拟。例如,在管线的弯曲段形成了所谓的“绞盘”力。下面将对上面提到的这些因素进行阐述,并给出相应的方程式。3.2管线作用在滚轮上的摩擦力根据水平定向钻进法的相关理论,钻孔外面的管线作用在滚轮上的摩擦力计算公式为:式过,·肠仍式中,Fr-滚轮上的摩擦力,N;几‘一钻孔外面管线的长度,m;邵一单位长度上管线的重量,N/叫关一摩擦系数,无量纲。由于管线在铺设时可以焊接,因此钻孔外面管线的长度一直在小幅变化着。若焊上新管节,则钻孔外的管线长度增加,随着逐渐推人到钻孔中,这部分长度逐渐变短。通常还会有倾斜施工,用边坡长度作为管线的导向长度,因此在计算作用在滚轮上的摩擦力时有三种情况需要区分:l)L。‘岌L,。,,在人口点处钻孔外的全部管线都在倾斜的边坡上。2)人恤
