HOBAS管在原水压力管道工程曲线中顶管的应用 3页

2014年8月第8期城市道桥与防洪成果应用293HOBAS管在原水压力管道工程曲线中顶管的应用苏宇，苏耀军(上海市水务建设工程安全质量监督中心站，上海市200232)摘要：该文就大口径HOBAS管在压力管道曲线顶管工程中的首次成功应用，结合青草沙某支线工程实例，分析了压力管道曲线顶管用HOBAS管的关键技术特点，阐述了HOBAS管的管节设计和制作的主要控制技术，总结了HOBAS管在曲线顶管施工中的技术控制要点。其成果对今后类似建设工程有较强的借鉴作用。关键词：HOBAS管；压力管道；曲线顶管中图分类号：TU991．36文献标识码：B文章编号：1009-7716(2014)08-0293-031工程背景2压力管道曲线顶管技术方案的比较和选择青草沙水源地原水工程某支线工程在J26一J29该工程为输送原水的压力管道，原设计钢管顶管施工段由于J27井与J28井位征地拆迁困难内径为DN2200，管道运行最大工作压力为0．80MPa。无法实施，经调整管位后改由J26井到J29井一管位调整后的顶管施工属长距离曲线顶管(长次顶进，并采用曲线顶管方式顶进以避让沿线高791m、曲率半径1200m)。因此除了常规顶管压铁塔及过河桥桩。该段管线总长791m，其中施工技术要求外，方案重点在于管材如何满足内直线段长度为124．97In，曲线段长度为666．06水压和曲线顶管施工要求。m，曲率半径为R=I200In，管线布置如图1所2．1钢管示，由J26井向J29井顶进。该施工段顶管主要钢管能够满足设计内水压要求，而曲线顶管穿越土层为③层灰色淤泥质粉质粘土、③夹层灰目前有两种方法。(1)采用接口焊接形式，利用钢色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土，地质剖面见图2管本身的弹性敷设能力(轴向可以有一定的弯曲所示。③层土透水性较差，属高含水量、高塑变形能力)，进行曲线顶管。由于该工程管径为性、高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软土，DN2200，其轴向抗弯刚度很大，通过顶管机进行蠕变量大，土层灵敏度高；．而③夹层土层不稳曲线顶管，一般要求曲率半径大于10000m以定，渗透性较好。该施工区段内地表水体丰富，上。(2)采用管道接口“先柔后刚”技术(即钢管制管线沿线地下水受大气降水及沿线主要河流水位作成类似“F型”柔性接口管节，待曲线顶管贯通涨落影响较大，且临近高压铁塔、桥梁、民房等后为保证抗内水压能力，再对管接缝进行闭合焊建构筑物。接处理，使管道形成整体)。由于综合成本较高、管道内作业环境差、安全风险高，尤其是贯通后割除加劲板(环)、安装加强板、角缝焊接等工后处理工作量大等原因，施工难度大。2．2钢筋混凝土管采用“F型”钢套环柔性接口形式的钢筋混凝土管，可以满足曲率半径为1200Ill的曲线顶管施工要求，但钢筋混凝土管以及“F型”钢套环接口无法满足设计内水压的要求。2．3玻璃纤维增强夹砂管采用企口式、套环式柔性接口的离心浇筑成图2J26一J29井工程地质剖面图型工艺的玻璃纤维增强夹砂管，可以满足曲率半收稿日期：2014—05—10作者简介：苏字(1982一)，男，上海人，工程师，从事水务工程径为1200m的曲线顶管施工要求；同时，玻璃安全、质量监督管理工作。纤维增强夹砂管能够满足设计内水压要求；另\n294成果应用城市道桥与防洪20l4年8月第8期外，玻璃纤维增强夹砂管具有内壁光滑磨阻小、质和壁厚应!-i管身相同，即玻璃纤维层(GRP不易结垢、耐腐蚀性好、能抵抗多种无机溶剂、层)、厚度为40mm。此，需要增加管身厚度，有机溶剂的侵蚀、抗老化、重量轻等有特点。因以满足管节接口构造要求。该T程接口采用套筒此较适合该T程，但需要研究管道接口技术，以式，根据套筒尺寸要求，将管身壁厚分为内壁层解决在设计内水压条件下的管缝接口抗渗漏能(40mmGRP层)和外壁层(33mmRM层)，考虑经力。同时，还应结合陔T程顶管施T的技术特济成本并结合管材制作T艺的可行性，外壁层采点，改进管材结构设计，以满足顶力要求和克服用29mm厚的树脂砂浆层、并在其中I'H】夹4mm管道受轴向顶力作用而挤压变形的影响。厚的玻璃纤维增强层(捉高外壁层受弯抗裂能综合上述分析，该曲线顶管T程确定采用玻力)。管身管壁设计总厚度为73mm、设计环刚璃纤维增强夹砂管，并就顶管用管节结构形式、度为50000N／m!，结构形式如图3、图4所示。管节接口形式等关键技术进行了重点研究。3曲线顶管用HOBAS管管节设计与制作控制3．1管材制作工艺的确定玻璃纤维增强夹砂管的制作T艺分为连续或图3管节接口与套筒连接形式示意图定长缠绕T艺、离心浇筑T岂，其成型管材均具有较大的抗内水压能力，凶此对于该1一程主要是考虑管材结构能甭满足顶管要求，即施T性。由于缠绕T艺制作的复合结构管壁断面材质分布呈环向较大差异、分层明显和不均匀性，其轴向压缩强度相对较低(小于100MPa)、强度离散性较图4HOBAS管管壁结构【GRP层+RM层的复合叠层结构l大，不是很适合陔T程顶管J【}_j管。而玻璃纤维增示意图强夹砂管(简称HOBAS管)为离心浇筑工艺，其管壁密实度较高、材质分布连续、稳定、均匀性3．3管道接口连接形式较好，轴向压缩强度较高(不小于120MPa)、强顶管管道柔性接L】有企[】式、套筒式，鉴于度离散性较小，冈此陔1二程选用HOBAS管作为钢套环在钢筋混凝土管顶管中的成熟应用，加之顶管用管。同时，由于该管材内表面光洁，根据企口式要求管壁厚进一步增加(成本也随之增其粗糙系数计算，将原内径DN2200钢管(水泥加)，该丁程最终确定为套筒式接口连接形式。砂浆内防腐层)改为管道公称直径为DN2000的套筒采用纯玻璃纤维增强层为连续玻璃纤维缠绕HOBAS管。制成，其环向和轴向托伸强度基本于管身内壁层3．2管壁结构形式一致。套管内表面覆衬倒齿形橡胶止水带，该止该T程顶管T作井设计允许最大顶力为14]500kN，水带外型构造上呈突起齿型，当两管节承插后突综合考虑管材抗轴向变形能力，以及曲线顶管技起顶部向管缝方向翻转，在承受内水压时具有较术要求(管口端面受力、接口保护等)因素，按好的压密性，能承受较高的内水压力。同时，考轴向压缩强度设计值取120MPa，并提高管材富虑曲线顶管的管缝张开角度需要0．15。(单节管长裕安全顶力，将HOBAS管的设计允许顶力确定为取3n1)，而套筒式能够适应这要求。套筒接头形8000KN，但施r允许顶力控制在4500kN以下；式见图5所示。聋筒式挡殳根据该T程管道运行最大T作压力、结合正常运行压力，将HOBAS管的设计压力等级确定为1．0MPa，管材的环向拉伸强度应不小于6300kN／m。此根据轴向压缩强度和环向拉伸强度值，确定图5FWC套筒接头形式示意图管壁的玻璃纤维层(GRP层)厚度为40mm。另外，由于顶管管材采用柔性接口，其接口3．4管道接口连接形式构造形式的原因，接口范围的壁厚较管身薄，但由于压力管道曲线顶管用HOBAS管是首次力学性能应不低于管身。这就要求接口范围的材应用与原水输水T程．【大1此在前期大量试验的基\n2014年8月第8期城市道桥与防洪成果应用295础上，有针对性地增加、调整、优化设计，其制程根据套筒式接口止水密封构造尺寸，结合不同作标准以国家标准《玻璃纤维增强塑料顶管》木衬圈材质和厚度的试验，要求管缝宽度与张口fGB／T21492-2008)为主。同时，根据该工程设计值之和控制在20．0mm以内，因此，选用木衬圈和管材技术要求，就管身、接口、套环分别具体的厚度为15mi／1的人工松木芯板。明确了制作质量指标，其增加、调整的关键技术4．3管材保护指标主要为轴向压缩强度、管身和套筒的环向拉顶管工程不可避免地会涉及施工外力冲击、伸、管身和套筒的轴向拉伸、管节水压渗漏性机具摩擦等情况，对于压力管道还涉及钢制中继能、两管安装后的接口偏转0．5。水压渗漏性能间闭合焊接等需要。HOBAS管采用了玻璃纤维、等。还有，应严格产品出厂的检验要求，其中：树脂砂浆等化工材料，其抗冲击能力较差、耐磨非破坏性检验包括管道和套筒尺寸和外观质量，性较差、且不耐高温，因此施工期间对HOBAS每根100％检验；破坏性检验包括管身和接口偏管的保护也有特殊要求。为此，该工程在管道吊转的水压渗漏、环刚度、挠曲性、环向拉伸、轴运过程中要求采用采用软式吊带抱箍起吊，以防向拉伸、压缩强度，按1％比例检验。在产品定止管壁损伤或管道接口破损；进入工地现场后采性前，还进行了扩展性试验研究，其中接口偏转用定型化的表面抱覆橡胶板的存管平台和托架，水压渗漏分别在1．0。、1．5隋况下无渗漏。保护管节表面；管道内出土土方运输采用泥浆泵系统，管底铺设耐磨的木制走道板，减少施工磨4HOBAS管曲线顶管施工的主要技术控损；专门设计管道内置物托架，搁置进水管、排制要点泥管、电缆、中继泵等设备，保护管材表面不被套筒式柔性接口的HOBAS管曲线顶管施工划伤，其内撑托架见图6所示。针对顶管中继间可以借鉴钢套环柔性接口的钢筋混凝土管道施工需采用高温切割、焊接作业的实际情况，优化可技术，但由于管材材性、接口形式、使用工况的拆卸型式中继间设计(仅保留一道焊缝)，将中不同，应重点解决曲线顶管轴线的形成与控制、继间承插滑动部分加长以增加高温作业点与管节接口保护、管材保护等关键技术。HOBAS管距离，同时在作业过程中采用喷淋降4．1曲线顶管轴线的形成与控制温措施，保证HOBAS管材处于允许温度范围内。曲线顶管的管节接缝张开一侧的接口部位管壁受土体的垂直反力较大，HOBAS管及套筒容易发生变形失稳甚至破坏，因此允许顶力较钢筋混凝土管小。同时，要求在曲线形成、保持过程中应减少接口部位、套筒的集中应力，以保证管接缝的完好。这对机头及后续管节的“组合弯曲顶头”提出了较高要求。该工程采用了灵敏度较好的“两段一铰式”大刀盘土压平衡顶管机，其后图6定型化管道内撑托架实景部增设了5节特殊钢铰接管并配小行程纠偏油缸，通过调整螺栓与螺母位置来强制打开、保持5结语铰接管开口量，以形成较理想、稳定的“组合弯HOBAS管顶管的顺利进洞、整体管道压力试曲顶头”，各管节通过机头后部铰接段形成的通验的成功，证明了该类管材在青草沙工程中得到道自动形成设计张角，完成后续HOBAS管较自了成功应用。其2m的管口直径、791m的顶管由的被导入曲线段通道。顶程、1200ITI曲率的曲线顶进在国内均为首次4．2管节接口保护运用，也解决了传统钢管曲线顶管铰接管后续处该工程曲率半径R=I200ITI、单节管长=理工作量大的难点，为原水工程曲线顶管提供了3000mm、管节外径D=2046mm，根据L·D／R≤新的发展方向。s公式，经计算曲线段管缝张口值s应控制在5．12mm。在曲线顶进和顶进纠偏中，为使管节参考文献端面尽可能的均匀受力、减少应力集中，除“组【1】苏宇，苏耀军．大1：3径复合管材在曲线顶管压力管道中的应用合弯曲顶头”、泥浆套、最大允许顶力控制等技与施工技术研究[R】．上海市青草沙投资建设发展有限公司，中术运用外，管缝木衬圈的选择是关键之一。该工铁十六局集团有限公司，2013．