浅谈离心浇铸玻璃钢管在原水顶管工程中的应用及施工要点

邓浩

【摘要】在传统的原水输送管道中管材一般采用“钢管+内外防腐处理”的形式，施工形式多以顶管或盾构施工为主。而我参与的施工标段中某顶管区间由于地下障碍物的原因需要采用曲线顶管的形式，在各参建方共同探究下，将新型的离心浇铸玻璃钢管应用于原水输送管线的曲线顶管中，本文就离心浇铸玻璃钢管在原水顶管工程中的应用及部分施工要点进行浅述。

【关键词】离心浇铸玻璃钢管；曲线顶管；中继间；精度控制

一、工程概况：

该原水输送管道区间采用顶管法施工，由于区间内需要穿越原有河道，在河道码头位置有桩基础等地下障碍物，为避开地下障碍物，顶进线路设计成曲线，其中直线段长度为124.47m，曲线段长度为666.10m，曲率半径采用R=1200，线路长790.57m，顶管管中心标高-6.8m。由于顶管曲率半径较小，传统的钢管顶进需要多段铰接形成曲线，顶进结束后的铰接处理与内防腐工作量极大，严重制约工期，施工质量的控制难度较大，经参建各方的共同探究，决定本段区间采用DN2000离心浇铸玻璃钢管，管接口采用套筒式接头，顶进结束后接口处理方便，管内壁无需内防腐处理，既节约工期又便于质量的控制。

二、离心浇铸玻璃钢管施工的优缺点

2.1、离心浇铸玻璃钢管施工的优点

1、施工进度快：玻璃钢管连接不需要焊接，连接采用套筒式接头，可以通过调整管节连接角度形成曲线，减少了曲线钢顶管铰接管后期处理，减少工作量，缩短工期。

2、內防腐处理方便：本区间采用适合于长江原水玻璃钢管，内防腐只需要处理中继间连接处即可，大大减少内防腐工作量。

2.2、离心浇铸玻璃钢管施工的缺点及应对措施

1、管节口径不统一，顶管设备无法通用。

针对离心浇铸玻璃钢管的顶管口径，设计专用顶管机、专用铰接管、专用顶铁。

根据本段顶管的地质条件，设计一台土压平衡顶管机，专用本段顶管施工，同时机后的铰接管及顶管顶铁均根据管节尺寸和材质特点进行特别设计。

2、管节主要成份为化工材料，不耐高温

针对顶管中继间需采用高温割焊作业的实际情况，优化中继间的设计，将大部分中继间配件设计为可拆卸型式，只保留一道焊缝，这样可免去大量的切割、焊接作业，减少产生高温的施工工序。将中继间设计尺寸加长，增加作业点与离心浇铸玻璃钢管的距离，并在作业过程中，采用喷淋降温措施，保证管材处于允许温度范围内。

三、曲线离心浇铸玻璃钢管顶管的设计理念及技术要求

1、曲线顶管管节之间传力宜采用不张口接头的受力模式，为防止管节集中应力破坏管材，在管节间连接处用垫木垫圈，厚度15mm，其内径应比管道内径大2mm，外径应等于接头的最小内径。接头处转折角θ=arctan[（L+a）/R]=0.144°，张口尺寸ΔL=2×D外sin（θ/2）=5.15mm。

2、玻璃钢管间采用套筒式接头，内水压双插口型式。套筒接头施工时应注意彻底清洁接头内表面、凹槽、止推圈和橡胶圈，确保无油污、灰尘；确保密封圈与凹槽、管壁均匀贴合。双插口接头的密封圈选用丁晴橡胶，连接时应边顶进边观察，防止橡胶圈或管接头损坏。

3、顶进时，玻璃钢管与环形顶铁、中继间或钢制顶头之间必须加垫圈，且不允许管端面局部受力，局部受力顶进易造成管端部局部损坏。调整导轨与管轴线平行，严格控制偏角，采用小角度逐渐纠偏，使其在允许范围内，玻璃钢管额定顶力范围内的允许偏角为0.25°。曲线顶管水平轴线偏差小于150mm；曲线顶管内底高程偏差小于+100mm、-150mm；相邻管间错口不大于2mm；管道环向变形不大于0.03D。如果在实际顶管过程中经监测发现管节错口较大，则采用内撑环的措施，避免外侧套管受力过大破损。

4、DN2000顶管机后面铰接5节铰接管，前三节长度为2.5m，后面两节长度为3m，铰接管与玻璃钢管连接端管口外直径为2046，玻璃钢管与铰接管连接端采用FWC管接头。

四、曲线离心浇铸玻璃钢管顶管中继间技术要求、设置及闭合

4.1中继间技术要求

1、顶力计算

（1）顶进设备允许最大顶力： 6台2000KN双冲程油缸，总推力为12000KN。

（2）控制顶力的确定： 顶管控制顶力DN2200取4500KN。

（3）工作井允许顶力： 4500KN

2、顶力计算及中继间设置计划

A、顶力计算

F1=1/4πD2tg2（45?+θ/2）γsHs

γs---土的重度 Hs—覆土层厚度 D---刀盘外径（Φ=2.076m） θ--摩擦角

F1=3.385m2×18.4KN/m3×10m=1068.8kN

B、考虑到机头及其后部没有注浆装置，摩阻力系数取f=20 kN/m2，注浆筒后部注浆工艺单位面积摩阻力按经验值5kN/m2 取fk=5kN/m2。

机头外径Φ=2.076m，L=4.75m

F2=πD L0f0=π×2.076×4.75×20=613KN

3、中继间

本工程顶管所设每套中继环安装10只800KN油缸，油缸行程为300mm，总推力8000KN。施工过程中控制中继间总顶力小于6000kN。

4.2中继间闭合措施

本区间顶进完成后的中继间具备闭合条件时立即闭合。中继间合拢以前，要对全段的管道长度进行校核，确认最后一节管子的合理长度。合拢步骤按一、二、三、四……从前至后的中继间顺序把所有中继间油缸缩回。只有在第一只中继间前管内的所有附件清理完毕、焊缝打磨后方可把第二只中继间油缸推出。

五、 离心浇铸玻璃钢管顶管曲线段轴线精度控制及顶进

5.1、轴线控制针对措施：

1、施工过程中加强对机头运行轨迹测量工作，发生偏离预定轴线及时纠偏。

机头后部设有4台纠偏油缸，可向上、下、左、右四个方向进行纠偏。

本区间施工时，在顶管机的后部设置5节铰接管，机头与铰接管、铰接管相互之间均有0.8°的偏转角，通过铰接段张角与纠偏功能来解决玻璃钢管纠偏及轴线控制问题。曲线段，根据曲率半径计算出每两段管节外侧张角0.144°，张开距离为5.15mm，顶进时将铰接管外侧角度与张开量设置为0.144°与5.15mm，由机头与铰接管形成曲线通道，玻璃钢管在通道内自动形成曲线，从而控制了轴线偏差，同时铰接管还兼具注浆筒、过渡管等功能。

2、顶管施工时，纠偏控制应遵循内包络线的原则：即实际的轨迹在设计曲线的内侧运动，避免机头后面的管道向设计曲线外侧滑移。

5.2曲线顶管的纠偏控制方法

1、当玻璃钢管进入曲线段时，跟铰接段形成的通道，自动形成设计张角，完成曲线顶进；

2、施工时的纠偏控制应遵循内包络线的原则：即实际轨迹在设计曲线的内侧运动，这是为了避免机头后面的管道向设计曲线外侧滑移；

3、曲线顶管的纠偏控制要特别注意机头后铰接管的弯曲弧度，以后的管子将跟随前20m的整体弯曲弧度走。因此，对前20m管道的管接口缝隙、拉杆螺母调整和缝隙量测都要由专人认真操作，做到随时观测、记录和及时调整；

结束语

以上是笔者对于离心浇铸玻璃钢管的特点及其在原水顶管工程中的应用的一点心得，并对其不同于传统钢管顶管施工的部分施工要点进行了浅述，欢迎大家一起探讨。