论文--离心浇铸玻璃钢夹砂管-(1)[1]

1离心浇铸玻璃钢夹砂管在污水顶管工程中的应用摘要本文介绍了离心浇铸玻璃钢夹砂管的特点及有关顶力、偏角、管刚度、径向变形等参数的计算方法，温州市江滨东路污水干管顶管工程中成功采用了离心浇铸玻璃钢夹砂管，该工程的实施为今后玻璃钢夹砂管的设计、施工提供宝贵经验。关键词离心浇铸玻璃钢夹砂管顶力偏角管刚度径向变形城市污水管道以往多采用钢筋混凝土管。近十几年来由于工业的发展和人民生活水平的提高，污水成份变得越来越复杂。经过调查，温州市内使用年限还不到20年的污水管，表层混凝土已经严重剥落。为了保证工程质量和延长工程使用寿命，决定新污水干管采用玻璃钢夹砂管。玻璃钢夹砂管有两种，其中一种采用离心浇铸的，是HOBAS集团的专利产品，简称HOBAS管。另一种是缠绕成型的，叫缠绕玻璃钢夹砂管，工艺简单生产成本低，目前国内大量生产的是这一种。HOBAS管除具有一般玻璃钢夹砂管的优良性能外，独特的离心浇铸工艺，还具有管壁质地密实、均匀、强度高的优点。因此多采用于高填土、地面荷载大和纵向受力大的场所，顶管施工是其中之一。用HOBAS管顶管，在美国和加拿大等发达国家已经非常普遍，从1989年以来，平均每年有38%的中小型顶管采用玻璃钢顶管。我国唯一用HOBAS管生产顶管管材的厂商就在温州，从2001年开始已在浙江上虞、临海、椒江和上海等地区推广用于顶管工程。因玻璃钢夹砂管具有抗化学腐蚀、抗电腐蚀、流量大、寿命长的特点，HOBAS管又具有顶管施工所期望的管壁摩阻力小，运输方便、纵向顶力大的优点，所以决定在这一工程中采用HOBAS管。1、工程概况温州市江滨东路新建的污水干管工程，西起江滨大桥，东至沿江路一带，全长2049米，其中DN2000顶管（最大覆土深度约6米）1982米，DN1600顶管（最大覆土深度约10米）114米。区段顶进长度一般在一百米左右，无中继环时顶进距离最长为200m。根据地质资料分析，管道在粉细砂夹淤层中顶进，管道顶进采用全断面切削的泥水平衡顶管机。管道顶进时采用触变泥浆减阻。2图1温州市江滨东路污水管道抢修工程2、玻璃钢管顶管设计参数下面以DN2000的HOBAS管为例，介绍顶力、偏角、管刚度、径向变形等参数的确定。2．1顶力①工具管正面阻力F1：泥水平衡顶管机正面阻力可按以下计算：FDH12146172412=320kN式中：D——工具管外径(m)D=2.00m——土的重度(kN/m3)=17.0kN/m3H——管顶覆土深度(m)H=6m②管道单位摩阻力：Dff2=3.1416×2.00×4=25kN/m式中：参照上海市地基基础设计规范（DGJ08-11-1999），取平均摩阻力f2=4kN/m2③总顶力FFF123=320+25×200=5320kN因首次设计，为安全起见设计顶力定为6200kN。2．2壁厚本工程按无中继环计算管壁厚度，并根据HOBAS管允许顶力公式计算管壁厚度5S：atSdTZdkP2532322其中：P——设计顶力已知P=6200KNk——综合安全系数k=3.53d——管外径3d=2046mtZ——外层加工深度tZ=14.5mmT——密封圈槽深T=8mm5S——管壁厚（内衬层厚度除外）a——管材压缩强度a=90MPa。通过计算，DN2000HOBAS管有效壁厚为61.7mm，加上内衬层厚度2mm和厚度偏差，设计壁厚确定为65mm。2．3允许偏角这里，偏角是指相邻管段间的偏转角，即无顶力时管段间的张开角。允许偏角是指在允许最大顶力作用下接头上没有缝隙，同时传力面的边缘达到最大允许应力的最大偏角。允许偏角可按下式计算：375.1tandLa004285.02375.1%5.024.0式中：a——管材最小极限应变a=0.5%L——管段长度L=3.00md3——管道外径d3=2.00m4偏角超过允许值顶力就要折减，下图表示不同偏角下的顶力折减情况。只要管道顶进偏差在规范允许范围内，偏角一般不会超过允许值。所以玻璃钢顶管一般在传力面上不需要用垫片。只有顶进偏差超过规范允许值，为了不使接头传力面上的应力不超过允许值，才有需要增加垫片。也就是说玻璃钢顶管，对一流的施工队伍来说是可以不用接头垫片的。2.4管刚度和径向变形3.3.1计算环刚度根据管材允许顶力计算出DN2000顶管管壁总厚度65mm，由公式630301012DtESP，取PE=10800MPa，0S=31793。取初始环刚度值为32000N/m2。3.3.2确定初始变形和长期许用变形根据ISO10639标准，初始挠曲水平A为%1.61943SN。参考《埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管管道工程施工及验收规程》CECS129：2001。SN10000管道初始挠曲水平A为9%，长期许用变形为5%，初始变形为3%。推算，SN32000管道初始挠曲水平A为6.1%，长期许用变形为3.3%，初始变形为2%。初始许用变形为：（2046-65）×2%=39.5mm。长期许用变形为：（2046-65）×3.3%=65.4mm3.3.3环刚度和变形的验算5①地面载荷产生的管顶竖向压力，ikqsbjisajikvidikHdbnHdaQnq4.14.1,=6*4.18.16.0*20.6*4.14.12.0*270*2*2*0.1=2.41KN/m2②管顶竖向土压力，ksvq,ksvq,=tsjBC=1.3332×17×3.2273=73.14KN/m2③根据《给水排水工程埋地玻璃纤维增强塑料夹砂管道结构设计规程》，管道最大竖向变形值为，max,dWddikqksvLdESNKDqqDW061.0108)(61,max,，式中，LD=1.3，5.0qdK=0.079，dE=2.0MPa，SN=32000N/m2，0.2061.032000108079.0046.2)41.25.014.73(3.16max,dW=41.33mm由计算可知，管道最大竖向变形值小于长期许用变形值65.4mm。④初始变形顶进长度为180米的一段顶管施工完后，对管道(DN2000)径向变形测量数据如下表测量点48小时后测（mm）72小时后测（mm）备注（内径）水平垂直差值水平垂直差值1190019000190019000第1节21905190231910189812第4节3190519032190819008第7节419121898141912189913第9节5190919009190818999第13节61908190261910190010第16节7191219048191219039第19节81916190610191519087第22节69191019028191019028第25节10191219084191219084第27节上表格数据显示表明，管道径向变形很小，最大变形率为3.7‰，远小于设计值2%。3．结束语目前新建的污水干管工程进展很快，管道施工偏差均在规范允许范围内，而且很小，触变泥浆减阻效果也很好，管道实际顶力在3000kN左右，只有个别区段因遇到地下不明障碍物，顶力接近允许顶力，但仍未超过。施工中管道无一损伤。管道顶进速度很快，最快曾在20小时内顶进50m。玻璃钢夹砂管在温州地区顶管工程中的成功应用，主要是选用了材质均匀、强度高的HOBAS管，和挑选了有经验的专业队伍承担施工。该工程的实施还为今后玻璃钢夹砂管的设计、施工提供宝贵的经验。