玻璃鋼夾砂管研究的論文
摘要:沈陽(yáng)市崇山路道路改造工程在配套的排水改造項(xiàng)目中,無(wú)開(kāi)挖地下頂進(jìn)玻璃鋼夾砂管管徑DN2100㎜的長(zhǎng)度1650米,管徑DN1550㎜的長(zhǎng)度390米。崇山路玻璃鋼夾砂頂管工程頂力之大,頂進(jìn)距離之長(zhǎng)屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng),現(xiàn)從玻璃鋼夾砂頂管管材的應(yīng)用背景、管材特性、設(shè)計(jì)技術(shù)、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面做一技術(shù)總結(jié)。
關(guān)鍵詞:玻璃鋼夾砂管頂管
一、應(yīng)用背景
崇山路上有兩座立交橋,在道路改造工程排水改造項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,受立交橋下已有的地下管網(wǎng)和構(gòu)筑物等地下障礙很多,以及立交橋引橋高度的影響,無(wú)法采用地面開(kāi)槽鋪設(shè)管涵施工方法,而只能采取無(wú)開(kāi)挖地下頂進(jìn)的施工方案,同時(shí)又考慮到頂進(jìn)過(guò)程中不能對(duì)橋墩基礎(chǔ)造成影響,應(yīng)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(nèi)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(chǔ)不受影響。經(jīng)過(guò)專家從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工等方面進(jìn)行反復(fù)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
沈陽(yáng)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項(xiàng)目于2002年6月15日開(kāi)始施工,截止到8月31日全部完工,平均單坑日進(jìn)度6米以上,在施工過(guò)程中體現(xiàn)了許多優(yōu)點(diǎn),具體如下:
1.施工進(jìn)度快:?jiǎn)慰尤者M(jìn)度不低于6米,而同流量砼管日單坑進(jìn)度小于1米,鋼管為2米。
2.頂力。和獗砉饣,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(jìn)難度大,頂進(jìn)機(jī)械要求高。
3.流通能力高:玻璃鋼夾砂管的內(nèi)壁非常光滑,粗糙度為n=0.0084,流量系數(shù)Cp=150,明顯高于鋼管、鑄鐵管、砼管的流量系數(shù)Cp=100。因此,壓力相同時(shí),玻璃鋼夾砂管的管徑可以減小一檔,降低造價(jià)。
4.由于管徑縮。ㄓ蒁N2400㎜DN2100㎜),管壁。殴転200㎜,而玻璃鋼夾砂管僅為55㎜),避免了頂管過(guò)程中與其它管線交叉而形成的'困難。
5.糾偏簡(jiǎn)單:由于自身重量輕,管節(jié)之間采用鋼套管連接,待施工完后再用手糊玻璃鋼密封,使得頂進(jìn)過(guò)程中糾偏特別容易。
6.連接方便:各工作坑或接受坑內(nèi)管的連接由于不是整數(shù)長(zhǎng)度,如用砼管則不可能截成任意長(zhǎng)度對(duì)接,如用鋼管則兩條焊縫也需24小時(shí)才能焊接,而采用玻璃鋼夾砂管則可截取任意長(zhǎng)度,并在2~3小時(shí)內(nèi)連接好。
7.可帶土頂進(jìn):由于外表光滑,頂力較小,即使帶土頂進(jìn)頂力也不是太大,在實(shí)際施工中,由于土質(zhì)大部分是砂土,以及考慮對(duì)橋墩的影響,一般采用帶土頂進(jìn)方法通過(guò),而如采用砼管則勢(shì)必低頭而無(wú)法通過(guò)。
8.管外表與土之間基本無(wú)內(nèi)聚力,頂進(jìn)中不死管。而砼管外表與土之間有很大的內(nèi)聚力,頂進(jìn)中易死管。
9.使用機(jī)具簡(jiǎn)單,不需大型設(shè)備。重量輕,運(yùn)輸?shù)跹b費(fèi)用少。本次工程卸管使用小型汽車吊車,下管用5t電動(dòng)葫蘆,頂進(jìn)用2個(gè)400t油壓千斤頂,大大節(jié)省了機(jī)具費(fèi)用。而砼管的重量約是玻璃鋼夾砂管的10~15倍,運(yùn)輸、吊裝費(fèi)用高。
10.玻璃鋼夾砂管耐腐蝕性能優(yōu)異,壽命長(zhǎng),幾乎不用保修,無(wú)需維護(hù),確保使用壽命達(dá)50年。而砼管的鋼筋銹蝕問(wèn)題嚴(yán)重影響使用壽命。
玻璃鋼夾砂頂管在使用過(guò)程中顯示出了眾多的優(yōu)越性,尤其是在城市立交橋下面這樣復(fù)雜地段的試用成功,解決了傳統(tǒng)管材所不能解決的技術(shù)困難,值得總結(jié)經(jīng)驗(yàn),大力推廣使用。
三、設(shè)計(jì)技術(shù)
1.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
根據(jù)沈陽(yáng)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(jí)別、土壤參數(shù)、設(shè)計(jì)載荷(包括內(nèi)壓、負(fù)壓、管頂垂直靜土壓載荷、地面車輛活載荷、堆土載荷)等設(shè)計(jì)參數(shù),為玻璃鋼夾砂頂管的結(jié)構(gòu)計(jì)算提供理論計(jì)算依據(jù)。
2.玻璃鋼夾砂頂管結(jié)構(gòu)計(jì)算
依據(jù)已選定的設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)參數(shù),按照我國(guó)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃纖維纏繞增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂加砂壓力管》(JC/T838-1998)和《頂管施工技術(shù)》以及計(jì)算機(jī)非線性有限元數(shù)值計(jì)算進(jìn)行玻璃鋼夾砂頂管的結(jié)構(gòu)計(jì)算。管材結(jié)構(gòu)計(jì)算包括頂力強(qiáng)度、剛度、撓曲變形、彎曲強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析、地震強(qiáng)度分析等計(jì)算、分析與校核,本工程設(shè)計(jì)各項(xiàng)性能指標(biāo)全部達(dá)到國(guó)家有關(guān)玻璃鋼夾砂管道標(biāo)準(zhǔn)要求,以及本工程玻璃鋼夾砂頂管的特殊要求,主要技術(shù)參數(shù)和檢驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)附件。
四、生產(chǎn)工藝
采用純玻璃鋼與玻璃鋼夾砂復(fù)合增強(qiáng)一體化的設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)工藝。
1、工藝路線
采用12米長(zhǎng)定長(zhǎng)纏繞玻璃鋼夾砂管生產(chǎn)工藝,在每根模具上一次生產(chǎn)出4段3米長(zhǎng)的玻璃鋼夾砂頂管。按設(shè)計(jì)層數(shù)間斷夾砂,每段頂管兩端300~800mm的純玻璃鋼部分采用玻璃纖維織物局部增強(qiáng)的辦法實(shí)現(xiàn)。每段頂管間采用特制的設(shè)備磨削和切斷,修整達(dá)到規(guī)定形狀和尺寸后一次性脫模即可。生產(chǎn)效率完全可以滿足規(guī)定的工程進(jìn)度要求。
2、生產(chǎn)設(shè)備
采用本公司新購(gòu)置的2套可生產(chǎn)DN3000mm玻璃鋼夾砂管微機(jī)自動(dòng)控制生產(chǎn)線,針對(duì)玻璃鋼夾砂頂管的特點(diǎn)和具體要求,對(duì)纏繞設(shè)備稍加改造,添置必要的磨削修整裝置即可生產(chǎn)出達(dá)到規(guī)定要求的玻璃鋼夾砂頂管。
3、生產(chǎn)工藝
1)確定并認(rèn)可設(shè)計(jì)生產(chǎn)方案;
2)內(nèi)襯制作;
3)玻璃纖維環(huán)向和交叉纏繞內(nèi)結(jié)構(gòu)層;
4)用特種夾砂布間斷夾砂(夾砂布在純玻璃鋼處連續(xù)但停砂);
5)每層夾砂后及時(shí)制作純玻璃鋼部分;
6)玻璃纖維環(huán)向和交叉纏繞外結(jié)構(gòu)層;
7)修整、切斷達(dá)到統(tǒng)一的形狀和規(guī)定的尺寸;
8)脫模,檢驗(yàn)合格后上鋼套環(huán)出廠。
五、質(zhì)量控制
1、玻璃鋼夾砂頂管企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
目前玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中,無(wú)“頂管”品種,且在“初始撓曲性的徑向變形率”數(shù)據(jù)中,僅規(guī)定了10000N/m2以下管剛度等級(jí)。為滿足市場(chǎng)需要與用戶要求,現(xiàn)參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合頂管產(chǎn)品的特點(diǎn),制定該產(chǎn)品的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),作為組織生產(chǎn)與質(zhì)量檢驗(yàn)的依據(jù)。玻璃鋼夾砂頂管企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)附后。
2質(zhì)量控制要點(diǎn)
2.1原材料
必須按規(guī)定要求選擇優(yōu)質(zhì)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(yán)格執(zhí)行工藝
每層間斷夾砂后及時(shí)將純玻璃鋼處用玻璃纖維織物補(bǔ)平,與砂層形成良好的連接狀態(tài),以保證端面軸向壓力的傳遞和延伸,使管盡可能整體受力不致?lián)p壞;否則,如夾砂數(shù)次后再補(bǔ)純玻璃鋼,純玻璃鋼和砂層間勢(shì)必出現(xiàn)界面,形成擠壓和剪切,導(dǎo)致管材于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(dá)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(jìn)不致?lián)p壞。
2.4端面垂直度
必須滿足管材端面垂直度要求并使誤差盡可能小,只有這樣,才能保證頂進(jìn)方向,保持頂力不致過(guò)快增加。
2.5純玻璃鋼部分的長(zhǎng)度必須保證或略有增加,其固化度應(yīng)達(dá)到規(guī)定的要求(固化度對(duì)夾砂段同樣重要),以滿足實(shí)際施工頂力的要求。
2.6針對(duì)崇山路玻璃鋼夾砂頂管這一工程項(xiàng)目,我們編制了《頂管連接部位尺寸單》、《頂管產(chǎn)品外觀及尺寸質(zhì)檢驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》、《頂管接頭內(nèi)壁密封裱糊處理作業(yè)及驗(yàn)收規(guī)程》和《頂管技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)》等質(zhì)量計(jì)劃性文件來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)和施工,以便進(jìn)一步確保產(chǎn)品質(zhì)量和施工質(zhì)量。
3、連接方式:管段間采用嵌入式鋼套環(huán)連接定位方式,頂進(jìn)到位后內(nèi)糊玻璃鋼口密封。頂管兩端車出一個(gè)平臺(tái),以便鋼套環(huán)套上管端后鋼套環(huán)外徑與頂管本身外徑一致。外鋼套環(huán)內(nèi)塞厚度相當(dāng)?shù)母邚椥灾顾鹉z環(huán),兩管對(duì)接后起封水作用,鋼套環(huán)起定位作用,并增加部分抗不均勻沉降的能力。
結(jié)束語(yǔ)
在各方面的大力支持下,本公司順利完成了沈陽(yáng)市崇山路道路改造工程玻璃鋼夾砂頂管供應(yīng)項(xiàng)目。通過(guò)實(shí)施該項(xiàng)目,公司積累了寶貴的玻璃鋼夾砂頂管的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn):在今后生產(chǎn)類似頂管任務(wù)時(shí),應(yīng)及早準(zhǔn)備維向加強(qiáng)的無(wú)堿玻璃纖維布來(lái)補(bǔ)纏管兩端的純玻璃鋼部分,以便進(jìn)一步加強(qiáng)管端所能承受的軸向頂力;通過(guò)設(shè)備技術(shù)改造,進(jìn)一步提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度,以確保頂管的外徑一致,減小頂力。我們有理由相信,通過(guò)我們的不斷努力,在以后的類似工程中遼寧水業(yè)玻璃鋼管道有限公司會(huì)做得更好。
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