大口徑、長(zhǎng)距離燃?xì)夤艿拦こ虣C(jī)械頂進(jìn)用鋼筋混凝土管的選擇

摘 要

摘要：由于燃?xì)夤艿腊l(fā)送方式的改變，大口徑、長(zhǎng)距離燃?xì)夤艿拦こ虣C(jī)械頂進(jìn)用鋼筋混凝土管對(duì)管體內(nèi)壁強(qiáng)度要求高，抗摩擦能力強(qiáng)，建議按照鋼筋混凝土管成型工藝選擇。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土
摘要：由于燃?xì)夤艿腊l(fā)送方式的改變，大口徑、長(zhǎng)距離燃?xì)夤艿拦こ虣C(jī)械頂進(jìn)用鋼筋混凝土管對(duì)管體內(nèi)壁強(qiáng)度要求高，抗摩擦能力強(qiáng)，建議按照鋼筋混凝土管成型工藝選擇。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土管；芯模振動(dòng)工藝；F型鋼承口
The Choice of the Large Diameter and Long-Distance Reinforced Concrete Jacking Pipes in Pipeline Engineering
Beijing Gas and Heating Engineering Design Institute Xu Yongxi，Yang Jong
Abstract：Due to changes in the gas pipeline lying，the large diameter and long-distance reinforced concrete jacking pipes required a higher intensity of the inner wall and better anti-friction properties. It is recommended that the reinforced concrete pipes should be choose with method of forming in the gas pipeline project.
Keywords：reinforced concrete jacking pipes core mode vibration technology F style steel socket pipe
    隨著我國(guó)近些年經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化進(jìn)程日益加快，人民生活水平大幅提高，對(duì)城市燃?xì)獾男枨笱该驮黾?。燃?xì)馄髽I(yè)為適應(yīng)新的發(fā)展機(jī)遇，將大口徑輸氣管道大量建設(shè)在城市郊區(qū)。與此同時(shí)，新建公路、高速公路、立交橋、鐵路、輕軌等遍布于城市郊區(qū)，再加上原有的大、中型河流，致使燃?xì)夤艿拦こ讨校罂趶?、長(zhǎng)距離穿越工程量增加。同時(shí)，混凝土頂管方式穿越上述障礙的數(shù)量也相應(yīng)增加，尤其是長(zhǎng)度超過100m的頂管工程數(shù)量劇增。
    在重要的穿越工程中，原人工頂管方式，由于安全管理和精度控制缺陷、并具有破壞性作用，已被機(jī)械頂管所替代。與機(jī)械頂管相適應(yīng)的鋼筋混凝土管，卻由于相關(guān)規(guī)范的分類不夠細(xì)致而缺乏相應(yīng)的要求。根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，大口徑、長(zhǎng)距離燃?xì)夤艿拦こ虣C(jī)械頂進(jìn)用鋼筋混凝土管應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
    (1) 受力面可承受較大的頂力。
    (2) 承口密封面的柔性良好。
    (3) 由于管道重量大、距離長(zhǎng)，為了保護(hù)管道外壁的防腐層，施工穿管需要采用固定滾輪發(fā)送方式。滾輪將強(qiáng)力摩擦鋼筋混凝土管的管體內(nèi)壁。因此，對(duì)管體內(nèi)壁強(qiáng)度要求高。
   以上要求明顯不同于GB/T 11836《混凝土和鋼筋混凝土排水管》和《京橋通—5002》的相關(guān)內(nèi)容。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土管成型工藝與管體內(nèi)壁的強(qiáng)度有很大關(guān)系。以下是各類鋼筋混凝土管成型工藝特點(diǎn)。
1 各類鋼筋混凝土管成型工藝特點(diǎn)
   鋼筋混凝土管生產(chǎn)中使用的成型工藝主要有離心、懸輥、立式振搗、徑向擠壓和芯模振動(dòng)工藝。這些生產(chǎn)工藝目前在國(guó)內(nèi)均有使用。
1.1 離心工藝
   在離心成型過程中，管模連同混凝土在離心機(jī)上以一定的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，混凝土在離心力作用下分布于管模內(nèi)表面并形成密實(shí)的結(jié)構(gòu)，這種以離心法成型的混凝土稱為離心混凝土。
   離心混凝土的基本特點(diǎn)是，由于離心力的作用使混凝土中的固相粒子沿著離心方向沉降，與此同時(shí)將多余的水分排出，從而形成密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)。混凝土系由多種固相組分組成，在離心力作用下其沉降速度各不相同，又造成混凝土的分層現(xiàn)象。內(nèi)壁是水泥漿層，外壁是混凝土層，中間夾一層水泥砂漿，分層現(xiàn)象在混凝土離心過程中發(fā)生，產(chǎn)生內(nèi)外分層，破壞原設(shè)計(jì)混凝土級(jí)配，降低強(qiáng)度，其強(qiáng)度比普通砼強(qiáng)度降低6%以上。由于內(nèi)壁水泥漿層水灰比大，強(qiáng)度降低更大，導(dǎo)致耐磨性能差。同時(shí)水泥漿收縮大，放置時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，內(nèi)壁容易出現(xiàn)裂縫。
1.2 懸輥工藝
   懸輥工藝生產(chǎn)的混凝土管是在輥軸的輥壓作用下密實(shí)的。工藝缺點(diǎn)是混凝土料層厚度很難掌握，制管時(shí)填料必須超厚，即混凝土厚超過管模的檔圈才能得到輥壓，難以達(dá)到混凝土管成品超厚2mm～3mm的一般要求。
    產(chǎn)品質(zhì)量難以控制的主要原因如下：首先，管模檔圈易磨損，造成管壁厚度誤差較大。在填料厚度不均勻時(shí)，各徑向輥壓力的大小不同，造成混凝土的密實(shí)度不同，成品強(qiáng)度波動(dòng)較大。其次，管子成型時(shí)，混凝土受到的機(jī)械輥壓力很大，對(duì)鋼筋骨架形成一定的破壞力，易造成鋼筋骨架上下位移。鋼筋錯(cuò)位后，出現(xiàn)貫通空穴，降低鋼筋握裹力，嚴(yán)重的會(huì)造成鋼筋骨架散架、跳筋、并筋，嚴(yán)重影響管材結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由于鋼筋表面空穴的存在，成品抗?jié)B性能較差。
1.3 立式振搗工藝
    該工藝采用高水灰比塑性混凝土，人工使用振動(dòng)棒分層振搗密實(shí)，易出現(xiàn)過振或漏振現(xiàn)象，造成管體混凝土強(qiáng)度不均勻，配筋稠密處振搗不易密實(shí)。制管采用流動(dòng)性較大的塑性混凝土，管體混凝土強(qiáng)度不高。管上端水分多、集料少、均質(zhì)性差，造成插口端面強(qiáng)度低、平整度差，頂力傳遞不良。
1.4 徑向擠壓工藝
    徑向擠壓制管方法的原理是，將干硬性混凝土混合物由管模上端裝入固定式立模內(nèi)，管機(jī)的主軸帶動(dòng)擠壓頭伸入管模做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將混凝土甩到管模內(nèi)壁，隨擠壓頭的上升，將混凝土擠壓密實(shí)并抹光管子內(nèi)壁制成管子。此方法使管模內(nèi)的混凝土受到直徑方向的擠壓，因此，稱為立式徑向擠壓制管。該工藝僅適合生產(chǎn)內(nèi)徑600mm以下的素砼管，不適合生產(chǎn)大中口徑的鋼筋混凝土管。
1.5 芯模振動(dòng)工藝
采用干硬性混凝土振動(dòng)擠壓成型。芯模振動(dòng)的產(chǎn)生，靠轉(zhuǎn)軸上的偏心塊，偏心塊的數(shù)量取塊于管長(zhǎng)，3m管長(zhǎng)采用4組偏心塊。根據(jù)管徑和壁厚，振動(dòng)頻率控制在0～75Hz的范圍內(nèi)，也可以調(diào)整振幅。通過對(duì)振動(dòng)頻率和振幅的調(diào)整，確定最佳的振動(dòng)力，促使混凝土密實(shí)，從而得到較高強(qiáng)度。
表1 鋼承口管允許頂力表
規(guī)格
C40混凝土允許頂力(kN)
C50 混凝土允許頂力(kN)
1800×180×3000
5968
460
2000×200×3000
7460
9326
2200×220×3000
8365
10456
2 芯模振動(dòng)制管工藝的優(yōu)點(diǎn)
國(guó)內(nèi)芯模振動(dòng)制管工藝為德國(guó)引進(jìn)技術(shù)，設(shè)備自動(dòng)化程度高。其布料、振動(dòng)和擠壓過程均通過程序設(shè)置并自動(dòng)完成，成品率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。制成品有以下特點(diǎn)：
    (1) 管體承插口端面平整、強(qiáng)度高
    由于采用振動(dòng)與擠壓方式成型承口端面，所以，承插口端面非常平整，其端面平整度小于1mm，端面傾斜度在0.6%～1%之間，遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。管體兩端加配頂管構(gòu)造筋，端面強(qiáng)度高，承受較大的軸向頂力時(shí)，管口不易破損。
    (2) 管體抗?jié)B性能好、整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高
    生產(chǎn)過程中，鋼筋環(huán)網(wǎng)位置不會(huì)出現(xiàn)位移、跳筋、并筋、散筋現(xiàn)象。采用于硬性混凝土制管確保密實(shí)度均勻分布，使得管體抗?jié)B性能好，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，可抵抗較大的外壓荷載。
    (3) 管體內(nèi)壁強(qiáng)度高、耐磨性能好
    由于振動(dòng)力由內(nèi)向外傳遞，管體內(nèi)壁強(qiáng)度高于管體強(qiáng)度，使得管體內(nèi)壁耐磨性能好。
    綜上所述，芯模振動(dòng)工藝比較符合燃?xì)夤艿拦こ逃娩摻罨炷凉艿囊蟆?/span>
3 接口形式的選擇
    鋼筋混凝土管根據(jù)接口形式可分為平接口、企口和F型鋼承口。其中，企口采用橡膠止水圈，接口構(gòu)造簡(jiǎn)單，止水性能較好，但兩管端面接觸面積較小，能承受的軸向頂力比同口徑的其它接口形式??；T型套環(huán)管接口也稱平接口，適用范圍較廣，不太適用于砂性土中；F型鋼承口比前兩種管接口具有更好的性能，適于長(zhǎng)距離頂管和砂性土壤。F型鋼承口具有以下特點(diǎn)：
    (1) 鋼承口與管體鋼筋網(wǎng)采用錨固鋼筋連結(jié)，與管體混凝土澆筑成整體，鋼承口外表面與管體外表面結(jié)合非常好，高低差小于2mm，鋼承口頂管在頂進(jìn)過程中不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)口現(xiàn)象。
    (2) 在承口端面粘貼一層6mm～10mm厚環(huán)形橡膠板，密封的柔性好，可使頂力分布均勻，糾偏時(shí)能避免產(chǎn)生局部頂力過大現(xiàn)象。
    (3) 承口管體全斷面可承受頂力，頂壓面積大。承受較大的頂力時(shí)管口不易破損。
    計(jì)算公式：F=πσ(t-L1-L2)(d+t)/K
    F—鋼筋混凝土管允許頂力(KN)
    K—安全系數(shù)，取K=6
    σ—混凝土抗壓強(qiáng)度(kPa)
    t—壁厚(m)
    L1 —密封圈槽底與外壁距離(m)
    L2—橡膠板至內(nèi)壁的預(yù)留距離(m)取0.01m
    d—鋼筋混凝土管內(nèi)徑(m)
4 結(jié)束語(yǔ)
    自2006年起，在北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)的工程建設(shè)中，大口徑、長(zhǎng)距離燃?xì)夤艿拦こ虣C(jī)械頂進(jìn)用鋼筋混凝土管已經(jīng)全部采用芯模振動(dòng)工藝生產(chǎn)，并配有F型鋼承口。單項(xiàng)頂管工程中，在鋼筋混凝土管外徑2200mm時(shí)，頂進(jìn)距離已超過500m。經(jīng)過近4年多的實(shí)踐，暫時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)問題?，F(xiàn)將這一成果與業(yè)內(nèi)人士分享。與此同時(shí)，也希望通過與業(yè)內(nèi)人士的技術(shù)交流，使之更加完善。
參考文獻(xiàn)
1 史興全.西氣東輸管道工程大型穿越遇到的技術(shù)難題及其對(duì)策.石油工程建設(shè)，2005；31(1)
 
(本文作者：徐永喜 楊炯 北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院有限公司 100032)