玻璃纤维增强塑料顶管在梅山保税港区的应用

２０１０年５月第５期城市道桥与防洪防洪排水８７玻璃纤维增强塑料顶管在梅山保税港区的应用陶俊，师亮（宁波市城建设计研究院有限公司，浙江宁波３１５０１２）摘要：该文结合宁波梅山岛保税港区横一路污水干管工程，介绍玻璃纤维增强塑料顶管在顶管工程中的管材选用以及顶力、管道壁厚、实施允许偏角、环刚度等设计参数的计算方法，并对顶管接口、工作坑的处理加以阐述，为今后玻璃钢夹砂管在典型滨海地区顶管工程中的运用提供经验。关键词：玻璃纤维增强塑料顶管；顶力；壁厚；偏角；环刚度；腐蚀中图分类号：ＴＵ９９２．２３文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—７７１６（２０１０）０５－００８７－０３０前言横一路是宁波梅山岛保税港区的骨架性主干（７）管道接头在发生一定角度的偏斜时应仍具有防水能力。钢筋混凝土管抗腐蚀、过流性能以及接头防水能力差，ＰＥ管承压和轴向承载能力小。玻璃纤维增强塑料顶管较之具有以下优点：（１）可以不作任何防腐处理，直接置于高酸性、高碱性土壤或低电阻率土壤中；（２）内壁粗糙度ｎ＝０．００８４～０．００９；（３）接头允许转角约为混凝土管的３．４倍；（４）轴向极限抗压强度不低于９０Ｎ／ｍｍ２；（５）环刚度可通过设计壁厚调整。浇铸工艺中缠绕工艺控制内径，而离心工艺控制外径，顶管对防水接头要求高，不允许突出于管道的外壁，需统一外径，且离心浇铸纵向与环向的抗压强度、破坏应变以及弹性模量基本相同，抗压强度与弹性模量略大于缠绕式顶管管身，均匀性也好于缠绕式管材【¨，故选用离心工艺制造的玻璃钢夹砂管。道，路幅下的污水管道是港区污水主干管道，管径为ＤＮ８００ｍｉｎ和ＤＮ９００ｍｍ，管道总长２施工方法采用顶管工艺。玻璃纤维增强塑料顶管具有抗化学腐蚀、抗电腐蚀、流量大、使用寿命相对长等特点，又具有顶管施工所期望的管壁与土体摩阻力小、重量轻、运输方便、支承纵向顶力能力大的优点，符合宁波可持续发展的城市建设目标，并适应滨海地区软土地带建设要求。１２００ｋｍ，均铺设于海涂中，管材采用玻璃纤维增强塑料管，工程概况和顶管管材选用１．１工程概况横一路污水管道西起纵六路，东至梅山盐场化工厂，ＤＮ８００ｍｍ管道长３１７ｍ，覆土４．３３—５．５８ＤＮ９００ｍ，ｒａｉｎ管道长１９０８１５ｍ。ｍ，覆土４．７５～６．８８ｍ，区２玻璃纤维增强塑料顶管设计参数２．１设计顶力计算由于规范提出的顶管顶力计算公式的计算结段顶进长度在４５—１根据工程勘察报告，管道所在的地层②一１层为全新世中晚期滨海或浅海相沉积软土，厚度约果比较保守，尤其对于粘性土地层其计算结果要大许多，建议对于粘性土地层采用余彬泉法顶力计算公式或经验公式，以确保工程的经济性【２】或《给水排水管道工程施工及验收规范》（ＪＢ５０２６８—ｍ，具有高含水量（大于４０％）、高压缩性（压缩模量ＥＳ。４≤３ＭＰａ）、高灵敏度、易触变等１７．０—２５．０工程特性，所含地下水对混凝土有结晶分解复合类弱腐蚀性，对钢筋具强腐蚀性。１．２顶管管材选用２００８）公式６．３．４。地层②一１层为淤泥质粉质粘土，采用刀盘全断面切削土压平衡式顶管机。顶力计算公式如下：管道所在土层适于顶管工艺，但要求管材需有以下特质：（１）抵抗侵蚀；（２）承受一定的静、动荷载和内外压；（３）良好的过流性能；（４）较高的轴向承载能力；（５）紧密的配合尺寸；（６）防水接头应设置在管道壁内，不允许突出于管道的外壁；收稿日期：２０１０－０１—１９作者简介：陶俊（１９７７一），男，安徽芜湖人，工程师，主要从事市政工程设计工作。（１）余彬泉法公式【３１：肚盼【（订砌＋形舢’＋丌尻Ｃ’弘式（１）中：Ｆ一总顶力，ｋＮ；Ｒ——初始推力，ｋＮ；挠——管外径，ｍ；口——管周均布荷载，ｋＰａ；形——每米管道重力，ｋＮ／ｍ；（１）万方数据８８防洪排水城市道桥与防洪２０１０年５月第５期肛’——管土摩擦因数；‘Ｃ’——管土粘着力，ｋＰａ；三——推进长度，ｍ。（２）《给水排水管道工程施工及验收规范》公式６．３．４１４】：印＝＇ｎ＇ＤｏＬｆＫ＋Ⅳ，（２）式（２）中：肋——总顶力，ｋＮ；Ⅳ，—一初始推力，ｋＮ；．詹一管土平均摩阻力，ｋＮ；￡——推进长度，ｍ。Ｄ０一管外径，ｍ；设计参数见表１，顶力计算结果见表２。表１设计参数表表２顶力计算表（壁厚根据产品资料扣除制管误差４ｍｍ）２．２设计选取管道壁厚按无中继间环计算管壁厚度，并根据允许顶力公式计算管壁厚度ｔ：式（３）中：卜计算顶力，Ｎ；辟｝×［（譬－ｚ，一ｒ）２－（譬一白）：］׉（３）二二后——综合安全系数，ｋ＝３．５；万方数据鼠——管外径，ｍｍ；Ｚ——管接口插头深，ｍｍ；卜密封槽深（ｍｍ），Ｔ＝６．０ｒａｍ；盯哝．一玻璃纤维塑料抗压强度，盯一９００００ｋＰａ；ｔｉ——计算管壁厚度，ｍｍ。管壁厚度计算结果见表３。表３管壁厚度计算表２．３实施允许偏角顶管偏角是指相邻管段间纵向轴段的偏转角，即未作用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。允许偏角可按式（４）计算：ｔａｎａ＝ｅＬｌｌ．７５Ｂｃ（４）式（４）中：占——管材最小极限应变，通过其他工程对管道径向变形的监测数据统计，建议取值６－－０．５％；￡——一节管道长度，Ｌ＝３ｍ；＆——管外径，ｍ。经计算Ｄ８００ｍｍ管道ａ为０．６０，Ｄ９００ｍｍ管道ａ为０．５３０。２．４管道环刚度∞吐ｆ（器糕勰）×１０。３管道的环刚度通过下式推导出１５１：（５）式（５）中：现——变形滞后效应系数，取１．２；Ｄ：——管道外径，ｍ；Ｋ厂－竖向压力作用下管道的竖向变形系数，取０．０９６；ｇ础——管顶单位面积竖向土压力标准值，ｋＮ／ｍ２：９ｔ——地面作用传递至管顶压力标准值（ｋＮ／ｍ２）（根据《给水排水工程埋地玻璃纤维增强塑料夹砂管管道结构设计规程》（ＣＥＣＳ１９０：２００５）规定计算）；２０１０年５月第５期城市道桥与防洪防洪排水８９蛾——地面作用传递至管顶压力的准永久值系数，取０．５；计算中满足∞。．。≤ｏ．０５Ｄ。的条件（Ｄ，为计算醯一管侧土体综合变形模量，ＭＰａ。直径，为管道管壁中心处直径）。管道环刚度计算结果见表４。表４管道环刚度计算表。。管外径设计壁实施后最大计算环刚度设计环刚度“７ＢＪｍｍ厚ｔｌｍｍ覆土厚度ＨｄｍＳＮＪ（Ｎ／ｍｍ２）删（Ｎｌｒｎｍ２）３顶管接口和工作坑３．１顶管接口为适应梅山岛强腐蚀性的土质，实施中在玻璃钢和不锈钢套筒中选择防腐蚀好并且成本较低的玻璃钢套筒，接口型式为单槽双插口式，见图１。图１接口型式套筒是在玻璃纤维增强塑料顶管加工后套上。套筒与管壁之间有专用橡胶密封圈，并已粘结固定。套筒的另一头在现场套接。套接前加上专用橡胶密封罔。玻璃纤维增强塑料顶管靠插口的端面平直，误差不足毫米，又有较大的压缩极限应变，加之顶进长度短，顶力小，插口平面之间不采用垫圈。３．２顶管工作坑梅山岛地下土层含水量高达４０％以上，表层万方数据土承载力小于６０ｋＮ／ｍ２，加之水质的腐蚀性，决定了工作坑需要满足以下要求：（１）刚度大；（２）防水性能好；（３）施工机械轻便；（４）结构防腐处理简单。横一路管道实施中选择了海工混凝土浇筑的钢筋混凝土沉井，顶进坑为内尺寸７００ｃｍ×５００ｅｍ方形井和ＤＴ００ｅｍ圆形井，接收坑为内尺寸５００ｃｍ×３００ｃｍ方形井和Ｄ５６０ｃｍ圆形井，工作坑兼做检查井，设置不小于３ｍ长防坑内土涌的刃脚。较之围护结构易失稳、防水和防腐能力差的ＳＭＷ工法和施工机械庞大、造价高的地下连续墙等工作坑更适应实际情况。设计中除要求混凝土有足够的密实性（以水灰比控制，不应大于０．５）、防渗等级为ｓ８和钢筋保护层（不应小于５ｃｍ）外，并限制裂缝宽度不大于０．１５ｍｍ。４结语（１）本文通过工程实例，对玻璃纤维增强塑料顶管的应用进行了分析，为该技术运用的进一步完善积累经验。（２）玻璃纤维增强塑料顶管具备重量轻、摩阻小、内壁粗糙度小、防腐好、产品生产可控性强，适于在梅山保税港区等典型滨海地区的排水管道采用。（３）建议除管道满足相关规范外，需通过对玻璃纤维增强塑料顶管壁厚、允许偏角和环刚度的计算，以达到经济、生产可控、施工可控的目的。（４）选择玻璃钢套筒接口和沉井式工作坑结合了管材和梅山岛横一路工程场址特点，可供相似工程借鉴。参考文献ｆｌｌ顾杨，黄金明，陈锦剑，王建华．大口径玻璃钢夹砂顶管管材的抗压性能［Ｊ１．上海交通大学学报，２００９，４３（２）：１８１．【２】冯凌溪，郭奎荚．顶管顶力计算公式的适用范围探讨【Ｊ】．中国给水排水，２００８，（１２）：１０６．【３】余彬泉，陈传灿．顶管施工技术【Ｍ】．北京．人民交通出版社，２００６，１８７．ｆ４ＩＪＢ５０２６８—２００８，绐水排水管道工程施工及验收规范【ｓ１．ｆ５ＩＣＥＣＳ１９０：２００５，给水排水工程埋地玻璃纤维增强塑料夹砂管管道结构设计规程【ｓ】．玻璃纤维增强塑料顶管在梅山保税港区的应用

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陶俊， 师亮， Tao Jun， Shi Liang

宁波市城建设计研究院有限公司,浙江宁波,315012城市道桥与防洪

URBAN ROADS BRIDGES & FLOOD CONTROL2010，\"\"(5)0次

1.顾杨.黄金明.陈锦剑.王建华 大口径玻璃钢夹砂顶管管材的抗压性能 2009(2)2.冯凌溪.郭奎英 顶管顶力计算公式的适用范围探讨 2008(12)3.余彬泉.陈传灿 顶管施工技术 2006

4.JB 50268-2008.给水排水管道工程施工及验收规范

5.CECS 190:2005.给水排水工程埋地玻璃纤维增强塑料夹砂管管道结构设计规程

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