大直径混凝土顶管管节优越性探讨.pdf

3 2 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 0 6 年第 1 1 期 大直径混凝土顶管管节优越性探讨 王静 ， 杨转运 ，尹洪明 ( 1 重庆交通大学， 重庆 4 0 0 0 7 4 ； 2 四川建筑职业技术学院， 四川 德阳6 1 8 0 0 0 ； 3 重庆盛图建设工程有限公司， 重 庆 4 0 0 0 4 2 ) 摘要： 以实际丁 ： 程为依托， 从顶管工程质量、 施工技术 、 项目投资和环境保护等方面分析了大直径混凝土管性能， 混凝土管具有耐久性好、 环保、 节省前期投资和后期维护费用 、 施工效率高、 施工工艺可操作性、 可曲线顶进等优 点 。 有着广 阔的应用前景 关键词： 混凝土管； 顶管； 耐久性； 投资； 施工效率； 优越性 中图分类号： T U 9 9 1 文献标识码 ： B 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 0 6 ) 1 1 0 0 3 2 0 3 Di s c u s s i o n o n S u p e do dt y o f J o i n t o f La r g e Di a me t e r Ce me n t P i p e J a c k i n g W ANG J i n g ，Y A NG Z h u a n ，Y I N l t o n g m i n g ( 1 C h o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 7 4 ， C h i n a ； 2 S i c h u a n C o l l e g e o f A r c h i t e c t u r a l T e c h n o l o g y ， D e y a n g S i c h u a n 6 1 8 0 0 0 C h i n a ； 3 C h o n g q i n g S h e n g t u E n g i n e e r i n g L i mi t e d C o mp a n y ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：B y a n e n g i n e e r i n g e x a mp l e ，p e r f o r ma n c e s o f l a r g e d i a me t e r c o n c r e t e p i p e a r e d i s c u s s e d o n t h e e n g i n e e r i n g q u a l i - t y ， c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e ， p r o j e c t i n v e s t m e n t a n d e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n T h e r e s u l t r e v e a l s t h a t t h e c o n c r e t e p i p e h a v e s u c h a d v a n t a g e s a s b e t t e r d u r a b i l i t y ，g o o d e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n，l e s s p r e i n v e s t me n t a n d ma i n t e n a n c e ，h i g h e ffic i e n c y o n c o n s t r u c l i o n ，e a s y t o o p e r a t e ， a n d w i t h t h e a b i l i t y o f p i p e j a c k i n g i n c u r v e S o t h e r e i s g o o d a p p l i c a t i o n p r o s p e ri t y f o r i t Ke y w o r d s ：c o n c r e t e p i p e ； p i p e j a e k i n g ；d u r a b i l i t y ；i n v e s t me n t ； c o n s t r u c t i o n e ffic i e n c y ； s u p e ri o ri t y 鉴于目前 国内的顶管施工水平 ， 全国管道预制 厂家的顶管用管节直径大都在 D N 2 5 0 0 m lql 以下。 D N 3 0 0 0 m m顶管管节的预制厂家不多， 特别是能在 现场预制D N 3 0 0 0 m m顶管管节的、 具有雄厚实力的 大型施工企业很少。在这种情况下 ， 设计采用钢顶 管方案完全符合 我国绝大多数施工单 位的实际水 平。业主用钢顶管施工方案招标也拓宽了招标单位 的范围， 提供了更宽松的投标氛围， 使得招投标工作 能够顺利完成 。笔者以实际工程为例 ， 探讨一下使 用大直径混凝土顶管的可能性。 1 工程概 况 云南某市政工程顶管 T Q S S 一 0 5合同段原计 划采用 D N 3 0 0 0 ml n钢顶管施工方案 ， 由于资金的问 题 ， 业主要求 降低工程造价。所 以业主和施工单位 联合召丌专家咨询会， 讨论关于变更顶管材料的问 题， 与会专家一致认为， 奉工程若采用混凝土顶管更 能充分发挥中标单位的技术优势， 更能保证工程的 质量和进度 。在这种情况下 ， 顶管 T Q SS一0 5合 同段的钭 J 顶管变更为混凝土顶管 ， 对提高工程质量 ， 降低工程投资， 加快T程进度和提高混凝土顶管设 计与施工技术水平 ， 都有重要意义。 2 混凝土管的优越性 2 1 从工程质量上考虑 本工程虽采用了外防腐施工， 但管道顶进断面 土质含砂性土和砾石 ， 管道在顶进的过程中不可避 免地会和周围土体产生摩擦 ， 破坏防腐效果， 又无法 进行补漆处理， 从而减少管道的使用寿命。在空气 和水丰富的条件下钢管内防腐每隔一段时间应进行 补漆处理， 增加工程的维护成本。在管内介质相同 的情况下， 混凝土管道抗腐蚀能力强于钢管。故对 输送污水之类有腐蚀性的液体宜应用混凝土管道。 值得注意的是混凝土顶管管道的接头是防腐蚀的薄 弱环节 ， 应作防腐处理 。 在施工技术上， 混凝土顶管技术经过2 O世纪八 九十年代的发展 ， 已经得到 突飞猛进 的发展。 目前 国内和国际上的趋势是以混凝土管逐步取代钢顶 管。混凝土顶管接 口为加密封橡胶圈的柔性 F型 接口。其接口形式在轴线上可允许 4 a m的变形而 不会产生漏水或脱落， 具有较强的适应性， 管节之间 经过勾缝处理后， 流水断面平滑， 防腐抗渗效果好， 收稿 日期： 2 0 0 6 0 6 2 5；改回 日期 ： 2 0 0 61 01 9 作者简介： 王静( 1 9 7 7一) ， 女( 汉族) ， l l J q 武胜人， 再庆交通大学助教， 桥梁及结构工程专业， 硕士， 从事桥梁与隧道工程教学工作。 重庆市江 北区建新北路 村 9号 2 1 4 ( 4 ( X 0 2 0) ， ( 0 2 3 ) 6 6 6 4 1 2 0 2 。 维普资讯 http:/ 2 0 0 6 年第 1 1 期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 3 3 不进行特殊防腐处理即町满足本工程的设计要求。 2 2 从施工技术上考虑 钢顶管接头是用电焊刚性焊接， 整根管道的刚 度大， 可弯曲的余地小， 即施工中可纠偏的余地较 小。因此， 施工中对顶管轴线偏差的要求相应较高。 钢顶管施工中， 一旦发现机头偏离设计轴线 ， 要及时 纠正， 偏离量大到一定程度再强行纠偏就可能造成 钢管内应力过大， 因纠偏造成钢管内应力过大而使 钢管断裂的事故也时有发生。钢顶管的刚性接头决 定了钢顶管不可转 弯， 只能直线推进。而混凝土顶 管的接头是柔性接头， 有一定的活动余地， 相邻两管 道间还可有一定的夹角， 故不仅纠偏余地较大， 还可 利用相邻管道问可存在夹角的特点实现曲线顶管。 2 3 从工程投资上考虑 钢管价格高于混凝土管 ， 顶管工效低于混凝土 管， 且顶管偏差要求高于混凝土管， 故钢顶管总的成 本高于混凝土管。 钢顶管管道之问接 n为焊接 ， 为加快工程进度 ， 一 般每节钢管长度为 8 m 以上 ， 因此需要工作井尺 寸较大。本工程工作井尺寸设计 为直径 1 2 n l 的工 作井。如改用混凝土顶管， 直径为 8 n l 的工作井即 可满足施工要求， 沉井可节约投资 7 0余万元； 混凝 土顶管管材制作成本低于钢管的成本。经测算， 改 用混凝土顶管 ， 业主可节约投资超过 3 0 0万元 。 2 4 从工程进度上考虑 钢顶管的所有接头均需电焊连接。因需抵抗顶 管巨大的顶力， 钢管的管壁厚度也有一定要求( 因 管壁太薄而使管道 变形 失效的事故也时有发生 ) ， 每根管道的接头焊接所需的时间长， 大 口径需时可 达1 0 h以上， 且一般接头焊好后还需用一定时间作 防腐处理， 从而使顶管效率较低。混凝土顶管接头 无论是 F形接头， 还是 T形接头 ， 连接都非常快， 仅 需几分钟至十几分钟， 且不需另作防腐处理， 故施工 效果明显比钢顶管高J 。 因此 ， 本工程采用混凝土顶管方式施工可节约 顶管工期 2个月以上。 2 5 从环保上考虑 近些年来 ， 许 多欧洲国家着手于研究最利于环 境的材料 ， 芬兰 、 德 国、 奥地利 、 瑞典和荷兰这些 国家 着手研究的课题是对用于下 水道设施和排水系统的 一 些材料， 如对混凝土、 陶土 、 球墨铸铁和各种塑料 做1 对 比。 荷兰的 I N T R O N机 构( 材料 和环境研究所 ) 进 行了环境的寿命周期分析， 他们使用一种被荷兰政 府和建筑工业所接受 的可靠的方法学 ， 这项研究把 混凝土和陶土及塑料管道作 J ， 对比， 对于 4种范畴 即能量 、 原材料 、 排 出物和废料 的优缺点做出结论 ， 确认混凝土足最利于环境 的材料 ， 例 如混凝土管在 施工过程中几乎不产生对环境有害的物质 ， 但是塑 料 、 钢 材都会产生一 些有害物 质， 对环境 ( 如地下 水 ) 造成污染 ， 另外 ， 混凝土是水泥 、 砂 、 石子的胶凝 体 ， 就是废弃后对环境也是没有彳 I 大危害的。 在奥地利 ， 政府委托化学和环境研究机构对于 用不同材料制成 的管道 的生态学 比较提出研究报 告 。对于 8种范畴中的 6种诸如能量 、 排出物 、 废料 等因素的影响收集了研究数据， 确认混凝 f 是最利 于环境的材料 德 国斯 图加特大学也进行 了研究 ， 提 是 r l 于对环境的理解有 了变化， 对材料 的选择小再仅以 技术和经挤标准为依据， 而是 日益取决于生念学的 标准。在材料制造方面 ， 影响环境 的关键因素为累 积 的能量消耗和排出物。 在芬兰得出的结论是住整个使用舟命周期， 混 凝土管所消耗的能量仅为塑料管所需能毋的 1 5 。 当对所有这些研究项 目的结果加 以分析时 ， 则 所得出的结沦是混凝土是排水管和下水管道最有利 于环境的材料。还有许多其它凶素电证日 月 混凝土管 道比塑料管更有利于环境。 欧洲议会成员国已经对欧洲委员会的意 见做出 反响， 即采用 自发的办法来控制聚氯乙烯管对环境的 影响是不够的， 而是采用更强硬的措施。2 ( x 】 1 年4月 3日， 欧洲议会对于环境、 公共卫生和消费者政策 ， 支 持委员会的意见 ， 通过了与聚氯乙烯有关的环境问题 绿皮书， 它要求采用取代的对策， 即先快速取代聚氯 乙烯井 ， 谁采用谁负责的办法。随着对当前已有千年 历史的下水系统的更换比率来看， 必须对使用的管道 材料的耐久性有充分的信心。在英国， 过去 1 0 0 年中 已经铺设的数万 米的混凝土管道的绝大多数仍然 在使用中， 这也就确认了混凝土的耐久性。人们对薄 壁塑料管的耐久性的疑问， 还需要时间来做进一步的 回答。采用不开槽施工上艺铺设混凝土管， 例如采用 小型盾构施工和顶管法施工等工艺在降低与管道工 程有关的社会和环境费用方面起到重要的作用。回 顾所有已完成的下水道工程， 和其它材料相 比， 显然 混凝土管确实是有利于环境的， 但是为丁确认这点， 在英 国还要进一步做工作 现在 I S O标准方法学已 经发展起来， 将来所有 n J 信的使用寿命周期的分析 ( L C A) 研究都必须符合这个标准。 维普资讯 http:/ 3 4 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 0 6 年第 1 1 期 3混凝土管制作工艺 3 1 管节接 口 国内顶管用混凝土管接 口有3种形式 ： F形 、 T形 和承插接 口， 详见图 1 。其中 F形接 口是引进德国顶 管技术在国内率先使用的， 止水效果最好， 是对顶管 质量最有保证的接口 形式。故在国内外迅速推广， 逐 步取代了原有的T形接 L 。本工程采用 F形接 口。 # H 南J t l叫 J ：J 【 l 晰J lI( ；l 、 、 图 l 混凝 土管接头类型 3 2 止水钢环加工及安装 止水钢环按没计尺寸在作业平台上用 自动气焊 割刀下料 ， 在带台架 的专用铣床或刨边机上切 削坡 F 1 。将加工好坡 口的钢板接长 ， 焊接接 口既要满足 强度要求， 又要用砂轮磨平磨光， 以免损伤止水橡胶 圈或影响止水效果。 钢环的加工精度主要以周长控制， 误差控制在 5 m m以内。接长的钢板两端作好对接焊的坡口， 送至专用的小型立式卷板机卷制成环。用钢尺复核 其周 后焊成圆环， 并用手提砂轮磨平 、 磨光焊缝。 止水钢环的安装有专用 1 具 ， 很容易套在底模外侧 ， 底模外侧嵌有止水橡胶圈， 能有效地制 止浇混凝土 时漏水泥浆 3 3 混凝土管节预制工艺 混凝土管节预制工艺( 如 图2 ) 的模具及钢筋安 装顺序为： 首先安装管节上预埋止水钢环； 其次安放 钢筋笼 ， 并垫好保护层垫块 ； 然后吊人 内模 ； 再安装 外模； 最后将混凝土分料器吊放在内模上， 将内模内 的变径传动系统遮盖保护起来 ， 开始混凝土浇筑。 用和易性好、 水泥浆充盈、 坍落度适中( 5 7 e m ) 的高 标号普通混凝土， 用多个高频插入式振捣棒与浇筑同 步振捣密实， 蒸汽或潮湿养护， 混凝土有一定强度后 脱模。制出的管节表面非常光滑， 制管精度特别是接 头精度高， 止水效果非常好， 特别有利于顶管。但因 是常规混凝土生产工艺， 模板要等混凝土有一定强度 后才可拆除， 故模板周转速度慢， 管节产量低。 图 2 管节预制工艺流程图 4 结语 ( 1 ) 混凝土管具有耐久性好、 造价低廉、 施工效 率高、 施工工艺可操作性、 町曲线顶进等优点， 有着 广 阔的应用前景。 ( 2 ) 在施工环保方面， 相对与钢管等其他材质的 顶管来说， 混凝土顶管在社会和环境费用方面较少。 参考文献 ： 1 黄凌， 冉华平 钢顶管与钢筋混凝土顶管应用 施工l J 广东 水利水电 ， 2 0 0 4， ( 1 ) 2 j 魏坤 砼和砼管是最利于环境的材料 J 市政工程H外动态， 2 0 0 2， ( 1 ) ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 曾培炎勉励广大青年地质工作者： 肩负起振兴地质事业的历史重任 新华社消息 共 f 1 起政 治局委 员 、 国务 院副总理 曾培 炎在北 会见了第二 三 届黄汲清青年地质科技奖获奖者。他希望青年地质工 作者 向经济丰 十 全发展主战场， 开拓创新， 发扬传统， f j =I 结协作， 拼搏 木献， 觑赳振兴地质事业的J j 重任 曾培炎苗 先代表党中央、 围务院， 向扶奖者表示祝贺。他说， 前我圈地厦 l _作进入了 一 个莆要发展期， 广大青年地质上作者正面 临着建功 丑 业的难得机遇 希望大家把国家的需要 、 社会的需求作 为科技攻关的主要 标 ， 力争实现地 质找矿 的重 大突破 大力推进 自主创新 ， 积极探索成矿 理论 、 找矿方 法和勘探 开发 关键技 术， 加快 高新技术在地质勘杏中的 用 加强地质防火减灾的研究， 为确保 人 民群众生命财产安全作 出贡献 曾培炎要求各级政府及 国土资源部 门要 为青年人 才脱 颖而出创 造条件， 从政治、 思想、 上作和牛活上关心他们， 帮助解决他们遇到的 实 际 难 ， 营造鼓励人才 干事业 、 支持 人 才干成事 业 、 帮助 人 才干好 事业的环境 深化地质教育教学改革， 培养更多的优秀地质人才。 充分发挥广人青年地质工 作者 的积极 性 、 主动性 、 创造性 ， 推动我 国 从地 质大 国止向地质强 围。 黄汲清青年地质科技奖是我国地质学界专门为青年地质I_I = 作者 设置的奖项， 经过严格评选， 韩润生等 1 5人获奖。其中， 野外地质工 作者 奖 8名 ， 地质科技研究者奖 5名 ， 教师奖 2名 维普资讯 http:/