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大口径10000刚度玻璃钢夹砂顶管的顶力分析与应用
来源:枣强县富强玻璃钢制品厂 admin  点击:250  发布时间:2012-11-23

通过时试验段进行现场测试与分析,获得了简明的适合于泥水平衡式玻璃钢夹砂管顶管施工的经验方式。实践表明,所得成果可用于指导后续该类管道的施工,取得了良好的社会效益和经济效益。
关键词:玻璃钢夹砂管;项管;泥水平衡;顶力

  广州南洲路污水主干管工程全长为5 km,是国内第一次采用大口径玻璃铜夹砂管道进行长距离泥水平德式顶管施工的成功范例。该工程之所以采用顶管施工方法主要基于以下原因:土质主要为淤泥质细砂、中砂、粗砂以及淤泥质粘土,且地下水位高、水量大;工程地处闹市区,且埋深达7~12 m。
  在管材的选用上,经与沥滘办、广州市市政工程设计院、施工单位等进行探讨后决定采用玻璃钢夹砂管,原因为其管材质量轻,在地质差或极差的条件下进行顶管施工具有一定的优势;内外壁光滑,在保持同流量的前提下可将原DN3000、DN2600混凝土管分别改为DN2500、DN2270的玻璃钢夹砂管,既节省了地下空间,又减小了顶力。施工前首先选用W3—W4标段进行了玻璃钢夹砂管的顶管施工试验,目的是获得顶力与顶进距离的关系,以指导玻璃钢夹砂管的施工。

1 顶力试验与分析

  W3—W4试验段位于广州大道南环高速公路附近,玻璃钢夹砂管净长为108 m.内径为2270 mm,外径为2400 mm。监测项目包括顶进中的管材性能、顶力、纠偏、回弹、土压、地下水压等。试验时间为2003年8月17日—9月4日,共历时18 d。
  为了能充分反映玻璃钢夹砂管在顶进过程中的顶力变化情况,除昼夜24 h定时笔录顶力外,还在工作坑的千斤顶后背钢板墙处设置了应变计,并利用DH—3815静态应变测量系统进行连续监测。在顶进过程中,每10 s由电脑自动记录一次应变计的应变值(该值用笔录的顶力随时进行标定)。
  整个顶进过程基本上是在未进行注浆减阻的情况下进行的,其中手工观测记载了700多组液压—应变值,电脑记录了近三万个应变值。图1是将应变转换为顶力后得到的顶力随顶进距离的变化情况。

  顶力主要用于克服两部分阻力,即迎面阻力和管壁摩擦阻力。由于采用泥水平衡方法施工,可认为迎面阻力不变,而管壁摩擦阻力则随顶进距离的增加而成比例增长。考虑一种简单的经验公式,即:

  式中F——总顶力,kN
    λ——注浆碱阻系数,其值为qλ/q,q为未注浆时管壁与土的摩阻系数,kN/m2,qλ为注浆时的摩阻系数,kN/m2
  Bc
——顶管外径,m
  L——顶进距离,m
  p——工具管迎面压力舱受到的压力,KN/m2
  D——工具管直径
  对顶力曲线进行线性拟合得:

  结合式(2)将式(1)整理为:

2 W6—W4段的施工验证

  试验段的测试成果表明:即使在不注浆减阻的情况下也可一次顶进245 m。这一研究成果经专家论证后立即被业主和设计院采纳。为了降低施工费用,将W6—W5、W5—W4合并为W6—W4,单坑顶进长度为236 m。
  该段的顶力监测任务主要由广州市市政工程维修处、北京磐石建设监理有限责任公司、中国船级社实业公司负责,采用的是人工记录的方法,即通过人工记录各节管在顶进过程中的千斤顶液压值,然后换算成相应的顶力值。图2显示了W6—W4段顶力与顶距的关系。

  为了确保W6—W4段的顺利顶进,该段全程采用了注浆减阻技术。结果表明:W6—W4段的施工十分成功.顶进236 m时的最高顶力仅为4920 kN,注浆减阻效果非常明显,仅为设计顶力的1/2左右。
  根据图2并通过线性拟合得:

  可见λ=16.1/31.0=0.52,p=250 kPa,因此注浆减阻的顶力计算公式为:

  与式(3)相比,除注浆减阻系散与迎面顶力参数有所变化外,两公式基本一致。
  在W3—W4段试验成果的指导下,成功地完成了236 m的W—W4段的顶管施工,全段贯通仅耗时14 d,平均日进约17 m(原计划为12 m/d),最高达27 m/d,较原计划提前了6 d。
  事实上,相对于下一阶段的全线顶管工程而言,W6—W4段的成功敷设具有很好的示范性,并获得了玻璃钢夹砂管进行泥水平衡施工的顶力经验计算公式,可用以指导今后的玻璃钢夹砂管的顶力设计,收到了较好的经济效益(在后续顶管施工中,将原计划的每60~100 m一个井位合并为平均200 m一个井位,大大降低了施工费用)。

3 结语

  在前期成果的指导下,南洲路污水主干管工程于2004年4月初全线贯通。该工程在以下4个方面且有突出的创造性:①在国内首次成功地采用泥水平衡式顶管技术敷设大口径玻璃钢夹砂管道;②创造了大口径玻璃钢夹砂管国内单坑顶进速度的最高记录,其中DN2500玻璃钢夹砂管顶进长度最高达69 m/d;③创造了玻璃钢夹砂管单坑顶进长度国内纪录,其中DN2270的单坑顶进长度达到了236m;④大口径玻璃钢夹砂管单项工程国内最长。
  该工程的成功为国内同类管材采用顶管施工提供了指导和示范作用。

 
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