玻璃鋼夾砂管研究的論文
玻璃鋼夾砂管研究的論文
摘要：瀋陽市崇山路道路改造工程在配套的排水改造專案中，無開挖地下頂進玻璃鋼夾砂管管徑DN2100㎜的長度1650米，管徑DN1550㎜的長度390米。崇山路玻璃鋼夾砂頂管工程頂力之大，頂進距離之長屬國內首創，現從玻璃鋼夾砂頂管管材的應用背景、管材特性、設計技術、生產工藝和產品質量控制等方面做一技術總結。
關鍵詞：玻璃鋼夾砂管頂管
一、應用背景
崇山路上有兩座立交橋，在道路改造工程排水改造專案實施過程中，受立交橋下已有的地下管網和構築物等地下障礙很多，以及立交橋引橋高度的影響，無法採用地面開槽鋪設管涵施工方法，而只能採取無開挖地下頂進的施工方案，同時又考慮到頂進過程中不能對橋墩基礎造成影響，應保證管材與橋墩之間的最小安全距離，只有玻璃鋼夾砂管材內壁光滑，流通能力高，輸送相同流量的液體其管徑較其它管材的管徑要小得多，更能確保橋墩基礎不受影響。經過專家從技術、經濟、施工等方面進行反覆論證，最終決定使用玻璃鋼夾砂管作為頂管，在保證流量的前提下，將管徑縮小到DN2100㎜和DN1550㎜。
二、管材特性
瀋陽市崇山路道路改造工程排水管DN2100㎜和DN1550㎜玻璃鋼夾砂管頂管施工專案於2002年6月15日開始施工，截止到8月31日全部完工，平均單坑日進度6米以上，在施工過程中體現了許多優點，具體如下：
1.施工進度快：單坑日進度不低於6米，而同流量砼管日單坑進度小於1米，鋼管為2米。
2.頂力小：外表光滑，頂力小。目前最大頂力為DN2100㎜的800t，DN1550㎜的500t。而砼管外表粗糙，頂力大，頂進難度大，頂進機械要求高。
3.流通能力高：玻璃鋼夾砂管的內壁非常光滑，粗糙度為n=0.0084，流量係數Cp=150，明顯高於鋼管、鑄鐵管、砼管的流量係數Cp=100。因此，壓力相同時，玻璃鋼夾砂管的管徑可以減小一檔，降低造價。
4.由於管徑縮小（由DN2400㎜DN2100㎜），管壁薄（砼管為200㎜，而玻璃鋼夾砂管僅為55㎜），避免了頂管過程中與其它管線交叉而形成的'困難。
5.糾偏簡單：由於自身重量輕，管節之間採用鋼套管連線，待施工完後再用手糊玻璃鋼密封，使得頂進過程中糾偏特別容易。
6.連線方便：各工作坑或接受坑內管的連線由於不是整數長度，如用砼管則不可能截成任意長度對接，如用鋼管則兩條焊縫也需24小時才能焊接，而採用玻璃鋼夾砂管則可擷取任意長度，並在2~3小時內連線好。
7.可帶土頂進：由於外表光滑，頂力較小，即使帶土頂進頂力也不是太大，在實際施工中，由於土質大部分是砂土，以及考慮對橋墩的影響，一般採用帶土頂進方法透過，而如採用砼管則勢必低頭而無法透過。
8.管外表與土之間基本無內聚力，頂進中不死管。而砼管外表與土之間有很大的內聚力，頂進中易死管。
9.使用機具簡單，不需大型裝置。重量輕，運輸吊裝費用少。本次工程卸管使用小型汽車吊車，下管用5t電動葫蘆，頂進用2個400t油壓千斤頂，大大節省了機具費用。而砼管的重量約是玻璃鋼夾砂管的10~15倍，運輸、吊裝費用高。
10.玻璃鋼夾砂管耐腐蝕效能優異，壽命長，幾乎不用保修，無需維護，確保使用壽命達50年。而砼管的鋼筋鏽蝕問題嚴重影響使用壽命。
玻璃鋼夾砂頂管在使用過程中顯示出了眾多的優越性，尤其是在城市立交橋下面這樣複雜地段的試用成功，解決了傳統管材所不能解決的技術困難，值得總結經驗，大力推廣使用。
三、設計技術
1.設計引數的確定
根據瀋陽市崇山路頂管工程玻璃鋼夾砂頂管的具體使用條件，確定管徑、管材剛度級別、土壤引數、設計載荷（包括內壓、負壓、管頂垂直靜土壓載荷、地面車輛活載荷、堆土載荷）等設計引數，為玻璃鋼夾砂頂管的結構計算提供理論計算依據。
2.玻璃鋼夾砂頂管結構計算
依據已選定的設計條件和設計引數，按照我國建材行業標準《玻璃纖維纏繞增強熱固性樹脂加砂壓力管》（JC/T838-1998）和《頂管施工技術》以及計算機非線性有限元數值計算進行玻璃鋼夾砂頂管的結構計算。管材結構計算包括頂力強度、剛度、撓曲變形、彎曲強度、穩定性分析、地震強度分析等計算、分析與校核，本工程設計各項效能指標全部達到國家有關玻璃鋼夾砂管道標準要求，以及本工程玻璃鋼夾砂頂管的特殊要求，主要技術引數和檢驗報告見附件。
四、生產工藝
採用純玻璃鋼與玻璃鋼夾砂複合增強一體化的設計方案和生產工藝。
1、工藝路線
採用12米長定長纏繞玻璃鋼夾砂管生產工藝，在每根模具上一次生產出4段3米長的玻璃鋼夾砂頂管。按設計層數間斷夾砂，每段頂管兩端300~800mm的純玻璃鋼部分採用玻璃纖維織物區域性增強的辦法實現。每段頂管間採用特製的裝置磨削和切斷，修整達到規定形狀和尺寸後一次性脫模即可。生產效率完全可以滿足規定的工程進度要求。
2、生產裝置
採用本公司新購置的2套可生產DN3000mm玻璃鋼夾砂管微機自動控制生產線，針對玻璃鋼夾砂頂管的特點和具體要求，對纏繞裝置稍加改造，添置必要的磨削修整裝置即可生產出達到規定要求的玻璃鋼夾砂頂管。
3、生產工藝
1）確定並認可設計生產方案；
2）內襯製作；
3）玻璃纖維環向和交叉纏繞內結構層；
4）用特種夾砂布間斷夾砂（夾砂布在純玻璃鋼處連續但停砂）；
5）每層夾砂後及時製作純玻璃鋼部分；
6）玻璃纖維環向和交叉纏繞外結構層；
7）修整、切斷達到統一的形狀和規定的尺寸；
8）脫模，檢驗合格後上鋼套環出廠。
五、質量控制
1、玻璃鋼夾砂頂管企業標準
目前玻璃纖維增強塑膠夾砂管行業標準中，無“頂管”品種，且在“初始撓曲性的徑向變形率”資料中，僅規定了10000N/m2以下管剛度等級。為滿足市場需要與使用者要求，現參照行業標準，結合頂管產品的特點，制定該產品的企業標準，作為組織生產與質量檢驗的依據。玻璃鋼夾砂頂管企業標準附後。
2質量控制要點
2.1原材料
必須按規定要求選擇優質原材料，特別是原材料的工藝性，這在頂管制作中格外重要。
2.2嚴格執行工藝
每層間斷夾砂後及時將純玻璃鋼處用玻璃纖維織物補平，與砂層形成良好的連線狀態，以保證端面軸向壓力的傳遞和延伸，使管儘可能整體受力不致損壞；否則，如夾砂數次後再補純玻璃鋼，純玻璃鋼和砂層間勢必出現介面，形成擠壓和剪下，導致管材於純玻璃鋼和加砂層交界處損壞。
2.3外表面光滑程度
必須十分重視和保證頂管的外表面光滑程度。只有外表面達到一定的光滑程度，才能減小摩擦阻力和頂力，使管材順利頂進不致損壞。
2.4端面垂直度
必須滿足管材端面垂直度要求並使誤差儘可能小，只有這樣，才能保證頂進方向，保持頂力不致過快增加。
2.5純玻璃鋼部分的長度必須保證或略有增加，其固化度應達到規定的要求（固化度對夾砂段同樣重要），以滿足實際施工頂力的要求。
2.6針對崇山路玻璃鋼夾砂頂管這一工程專案，我們編制了《頂管連線部位尺寸單》、《頂管產品外觀及尺寸質檢驗收標準》、《頂管接頭內壁密封裱糊處理作業及驗收規程》和《頂管技術設計書》等質量計劃性檔案來指導生產和施工，以便進一步確保產品質量和施工質量。
3、連線方式：管段間採用嵌入式鋼套環連線定位方式，頂進到位後內糊玻璃鋼口密封。頂管兩端車出一個平臺，以便鋼套環套上管端後鋼套環外徑與頂管本身外徑一致。外鋼套環內塞厚度相當的高彈性止水橡膠環，兩管對接後起封水作用，鋼套環起定位作用，並增加部分抗不均勻沉降的能力。
結束語
在各方面的大力支援下，本公司順利完成了瀋陽市崇山路道路改造工程玻璃鋼夾砂頂管供應專案。透過實施該專案，公司積累了寶貴的玻璃鋼夾砂頂管的生產經驗：在今後生產類似頂管任務時，應及早準備維向加強的無鹼玻璃纖維布來補纏管兩端的純玻璃鋼部分，以便進一步加強管端所能承受的軸向頂力；透過裝置技術改造，進一步提高生產自動化程度，以確保頂管的外徑一致，減小頂力。我們有理由相信，透過我們的不斷努力，在以後的類似工程中遼寧水業玻璃鋼管道有限公司會做得更好。