摘 要:以實(shí)際工程為依托,從頂管工程質(zhì)量、施工技術(shù)、項(xiàng)目投資和環(huán)境保護(hù)等方面分析了大直徑混凝土管性能,混凝土管具有耐久性好、環(huán)保、節(jié)省前期投資和后期維護(hù)費(fèi)用、施工效率高、施工工藝可操作性、可曲線頂進(jìn)等優(yōu)點(diǎn),有著廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:混凝土管;頂管;耐久性;投資;施工效率;優(yōu)越性
中圖分類號(hào): TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 文章編號(hào): 1672 - 7428 (2006) 11 - 0032 - 03
鑒于目前國(guó)內(nèi)的頂管施工水平,全國(guó)管道預(yù)制廠家的頂管用管節(jié)直徑大都在DN2500 mm 以下。
DN3000 mm頂管管節(jié)的預(yù)制廠家不多,特別是能在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制DN3000 mm頂管管節(jié)的、具有雄厚實(shí)力的大型施工企業(yè)很少。在這種情況下,設(shè)計(jì)采用鋼頂管方案完全符合我國(guó)絕大多數(shù)施工單位的實(shí)際水平。業(yè)主用鋼頂管施工方案招標(biāo)也拓寬了招標(biāo)單位的范圍,提供了更寬松的投標(biāo)氛圍,使得招投標(biāo)工作能夠順利完成。筆者以實(shí)際工程為例,探討一下使用大直徑混凝土頂管的可能性。
1 工程概況
云南某市政工程頂管TQS - S - 05合同段原計(jì)劃采用DN3000 mm鋼頂管施工方案,由于資金的問(wèn)題,業(yè)主要求降低工程造價(jià)。所以業(yè)主和施工單位聯(lián)合召開(kāi)專家咨詢會(huì),討論關(guān)于變更頂管材料的問(wèn)題,與會(huì)專家一致認(rèn)為,本工程若采用混凝土頂管更能充分發(fā)揮中標(biāo)單位的技術(shù)優(yōu)勢(shì),更能保證工程的質(zhì)量和進(jìn)度。在這種情況下,頂管TQS - S - 05合同段的鋼頂管變更為混凝土頂管,對(duì)提高工程質(zhì)量,降低工程投資,加快工程進(jìn)度和提高混凝土頂管設(shè)計(jì)與施工技術(shù)水平,都有重要意義。
2 混凝土管的優(yōu)越性
2. 1 從工程質(zhì)量上考慮
本工程雖采用了外防腐施工,但管道頂進(jìn)斷面土質(zhì)含砂性土和礫石,管道在頂進(jìn)的過(guò)程中不可避免地會(huì)和周?chē)馏w產(chǎn)生摩擦,破壞防腐效果,又無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)漆處理,從而減少管道的使用壽命。在空氣和水豐富的條件下鋼管內(nèi)防腐每隔一段時(shí)間應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漆處理,增加工程的維護(hù)成本。在管內(nèi)介質(zhì)相同的情況下,混凝土管道抗腐蝕能力強(qiáng)于鋼管。故對(duì)輸送污水之類有腐蝕性的液體宜應(yīng)用混凝土管道。值得注意的是混凝土頂管管道的接頭是防腐蝕的薄弱環(huán)節(jié),應(yīng)作防腐處理。
在施工技術(shù)上,混凝土頂管技術(shù)經(jīng)過(guò)20世紀(jì)八九十年代的發(fā)展,已經(jīng)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)和國(guó)際上的趨勢(shì)是以混凝土管逐步取代鋼頂管。混凝土頂管接口為加密封橡膠圈的柔性F型接口。其接口形式在軸線上可允許4 cm的變形而不會(huì)產(chǎn)生漏水或脫落,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,管節(jié)之間經(jīng)過(guò)勾縫處理后,流水?dāng)嗝嫫交?防腐抗?jié)B效果好,不進(jìn)行特殊防腐處理即可滿足本工程的設(shè)計(jì)要求。
2. 2 從施工技術(shù)上考慮
鋼頂管接頭是用電焊剛性焊接,整根管道的剛度大,可彎曲的余地小,即施工中可糾偏的余地較小。因此,施工中對(duì)頂管軸線偏差的要求相應(yīng)較高。鋼頂管施工中,一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)頭偏離設(shè)計(jì)軸線,要及時(shí)糾正,偏離量大到一定程度再?gòu)?qiáng)行糾偏就可能造成鋼管內(nèi)應(yīng)力過(guò)大,因糾偏造成鋼管內(nèi)應(yīng)力過(guò)大而使鋼管斷裂的事故也時(shí)有發(fā)生。鋼頂管的剛性接頭決定了鋼頂管不可轉(zhuǎn)彎,只能直線推進(jìn)。而混凝土頂管的接頭是柔性接頭,有一定的活動(dòng)余地,相鄰兩管道間還可有一定的夾角,故不僅糾偏余地較大,還可利用相鄰管道間可存在夾角的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)曲線頂管。
2. 3 從工程投資上考慮
鋼管價(jià)格高于混凝土管,頂管工效低于混凝土管,且頂管偏差要求高于混凝土管,故鋼頂管總的成本高于混凝土管。
鋼頂管管道之間接口為焊接,為加快工程進(jìn)度,一般每節(jié)鋼管長(zhǎng)度為8 m以上,因此需要工作井尺寸較大。本工程工作井尺寸設(shè)計(jì)為直徑12 m的工作井。如改用混凝土頂管,直徑為8 m的工作井即可滿足施工要求,沉井可節(jié)約投資70余萬(wàn)元;混凝土頂管管材制作成本低于鋼管的成本。經(jīng)測(cè)算,改用混凝土頂管,業(yè)主可節(jié)約投資超過(guò)300萬(wàn)元。
2. 4 從工程進(jìn)度上考慮
鋼頂管的所有接頭均需電焊連接。因需抵抗頂管巨大的頂力,鋼管的管壁厚度也有一定要求(因管壁太薄而使管道變形失效的事故也時(shí)有發(fā)生) ,每根管道的接頭焊接所需的時(shí)間長(zhǎng),大口徑需時(shí)可達(dá)10 h以上,且一般接頭焊好后還需用一定時(shí)間作防腐處理,從而使頂管效率較低。混凝土頂管接頭無(wú)論是F形接頭,還是T形接頭,連接都非常快,僅需幾分鐘至十幾分鐘,且不需另作防腐處理,故施工效果明顯比鋼頂管高[ 1 ] 。
因此,本工程采用混凝土頂管方式施工可節(jié)約頂管工期2個(gè)月以上。
2. 5 從環(huán)保上考慮[ 2 ]
近些年來(lái),許多歐洲國(guó)家著手于研究最利于環(huán)境的材料,芬蘭、德國(guó)、奧地利、瑞典和荷蘭這些國(guó)家著手研究的課題是對(duì)用于下水道設(shè)施和排水系統(tǒng)的一些材料,如對(duì)混凝土、陶土、球墨鑄鐵和各種塑料做了對(duì)比。
荷蘭的INTRON 機(jī)構(gòu)(材料和環(huán)境研究所)進(jìn)行了環(huán)境的壽命周期分析,他們使用一種被荷蘭政府和建筑工業(yè)所接受的可靠的方法學(xué),這項(xiàng)研究把混凝土和陶土及塑料管道作了對(duì)比,對(duì)于4種范疇即能量、原材料、排出物和廢料的優(yōu)缺點(diǎn)做出結(jié)論,確認(rèn)混凝土是最利于環(huán)境的材料,例如混凝土管在施工過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì),但是塑料、鋼材都會(huì)產(chǎn)生一些有害物質(zhì),對(duì)環(huán)境(如地下水)造成污染,另外,混凝土是水泥、砂、石子的膠凝體,就是廢棄后對(duì)環(huán)境也是沒(méi)有很大危害的。
在奧地利,政府委托化學(xué)和環(huán)境研究機(jī)構(gòu)對(duì)于用不同材料制成的管道的生態(tài)學(xué)比較提出研究報(bào)告。對(duì)于8種范疇中的6種諸如能量、排出物、廢料等因素的影響收集了研究數(shù)據(jù),確認(rèn)混凝土是最利于環(huán)境的材料。
德國(guó)斯圖加特大學(xué)也進(jìn)行了研究,提出正是由于對(duì)環(huán)境的理解有了變化,對(duì)材料的選擇不再僅以技術(shù)和經(jīng)擠標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),而是日益取決于生態(tài)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。在材料制造方面,影響環(huán)境的關(guān)鍵因素為累積的能量消耗和排出物。
在芬蘭得出的結(jié)論是在整個(gè)使用壽命周期,混凝土管所消耗的能量?jī)H為塑料管所需能量的15%。當(dāng)對(duì)所有這些研究項(xiàng)目的結(jié)果加以分析時(shí),則所得出的結(jié)論是混凝土是排水管和下水管道最有利于環(huán)境的材料。還有許多其它因素也證明混凝土管道比塑料管更有利于環(huán)境。
歐洲議會(huì)成員國(guó)已經(jīng)對(duì)歐洲委員會(huì)的意見(jiàn)做出反響,即采用自發(fā)的辦法來(lái)控制聚氯乙烯管對(duì)環(huán)境的影響是不夠的,而是采用更強(qiáng)硬的措施。2001年4月3日,歐洲議會(huì)對(duì)于環(huán)境、公共衛(wèi)生和消費(fèi)者政策,支持委員會(huì)的意見(jiàn),通過(guò)了與聚氯乙烯有關(guān)的環(huán)境問(wèn)題綠皮書(shū),它要求采用取代的對(duì)策,即先快速取代聚氯乙烯井,誰(shuí)采用誰(shuí)負(fù)責(zé)的辦法。隨著對(duì)當(dāng)前已有千年歷史的下水系統(tǒng)的更換比率來(lái)看,必須對(duì)使用的管道材料的耐久性有充分的信心。在英國(guó),過(guò)去100年中已經(jīng)鋪設(shè)的數(shù)萬(wàn)千米的混凝土管道的絕大多數(shù)仍然在使用中,這也就確認(rèn)了混凝土的耐久性。人們對(duì)薄壁塑料管的耐久性的疑問(wèn),還需要時(shí)間來(lái)做進(jìn)一步的回答。采用不開(kāi)槽施工工藝鋪設(shè)混凝土管,例如采用小型盾構(gòu)施工和頂管法施工等工藝在降低與管道工程有關(guān)的社會(huì)和環(huán)境費(fèi)用方面起到重要的作用。回顧所有已完成的下水道工程,和其它材料相比,顯然混凝土管確實(shí)是有利于環(huán)境的,但是為了確認(rèn)這點(diǎn),在英國(guó)還要進(jìn)一步做工作。現(xiàn)在ISO標(biāo)準(zhǔn)方法學(xué)已經(jīng)發(fā)展起來(lái),將來(lái)所有可信的使用壽命周期的分析(LCA)研究都必須符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
3 混凝土管制作工藝
3. 1 管節(jié)接口
國(guó)內(nèi)頂管用混凝土管接口有3種形式: F形、T形和承插接口,詳見(jiàn)圖1。其中F形接口是引進(jìn)德國(guó)頂管技術(shù)在國(guó)內(nèi)率先使用的,止水效果最好,是對(duì)頂管質(zhì)量最有保證的接口形式。故在國(guó)內(nèi)外迅速推廣,逐步取代了原有的T形接口。本工程采用F形接口。
3. 2 止水鋼環(huán)加工及安裝
止水鋼環(huán)按設(shè)計(jì)尺寸在作業(yè)平臺(tái)上用自動(dòng)氣焊割刀下料,在帶臺(tái)架的專用銑床或刨邊機(jī)上切削坡口。將加工好坡口的鋼板接長(zhǎng),焊接接口既要滿足強(qiáng)度要求,又要用砂輪磨平磨光,以免損傷止水橡膠圈或影響止水效果。
鋼環(huán)的加工精度主要以周長(zhǎng)控制,誤差控制在±5 mm以內(nèi)。接長(zhǎng)的鋼板兩端作好對(duì)接焊的坡口,送至專用的小型立式卷板機(jī)卷制成環(huán)。用鋼尺復(fù)核其周長(zhǎng)后焊成圓環(huán),并用手提砂輪磨平、磨光焊縫。止水鋼環(huán)的安裝有專用工具,很容易套在底模外側(cè),底模外側(cè)嵌有止水橡膠圈,能有效地制止?jié)不炷習(xí)r漏水泥漿。
3. 3 混凝土管節(jié)預(yù)制工藝
混凝土管節(jié)預(yù)制工藝(如圖2)的模具及鋼筋安裝順序?yàn)?首先安裝管節(jié)上預(yù)埋止水鋼環(huán);其次安放鋼筋籠,并墊好保護(hù)層墊塊;然后吊入內(nèi)模;再安裝外模;最后將混凝土分料器吊放在內(nèi)模上,將內(nèi)模內(nèi)的變徑傳動(dòng)系統(tǒng)遮蓋保護(hù)起來(lái),開(kāi)始混凝土澆筑。
用和易性好、水泥漿充盈、坍落度適中(5～7 cm)的高標(biāo)號(hào)普通混凝土,用多個(gè)高頻插入式振搗棒與澆筑同步振搗密實(shí),蒸汽或潮濕養(yǎng)護(hù),混凝土有一定強(qiáng)度后脫模。制出的管節(jié)表面非常光滑,制管精度特別是接頭精度高,止水效果非常好,特別有利于頂管。但因是常規(guī)混凝土生產(chǎn)工藝,模板要等混凝土有一定強(qiáng)度后才可拆除,故模板周轉(zhuǎn)速度慢,管節(jié)產(chǎn)量低。
4 結(jié)語(yǔ)
(1)混凝土管具有耐久性好、造價(jià)低廉、施工效率高、施工工藝可操作性、可曲線頂進(jìn)等優(yōu)點(diǎn),有著廣闊的應(yīng)用前景。
(2)在施工環(huán)保方面,相對(duì)與鋼管等其他材質(zhì)的頂管來(lái)說(shuō),混凝土頂管在社會(huì)和環(huán)境費(fèi)用方面較少。
參考文獻(xiàn):
[ 1 ] 黃凌,冉華平. 鋼頂管與鋼筋混凝土頂管應(yīng)用與施工[ J ]. 廣東水利水電, 2004, (1) .
[ 2 ] 魏坤. 砼和砼管是最利于環(huán)境的材料[ J ]. 市政工程國(guó)外動(dòng)態(tài),2002, (1) .
