摘 要:以實際工程為依托,從頂管工程質(zhì)量、施工技術(shù)、項目投資和環(huán)境保護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費用、施工效率高、施工工藝可操作性、可曲線頂進等優(yōu)點,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: TU991 文獻標(biāo)識碼: B 文章編號: 1672 - 7428 (2006) 11 - 0032 - 03
鑒于目前國內(nèi)的頂管施工水平,全國管道預(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)場預(yù)制DN3000 mm頂管管節(jié)的、具有雄厚實力的大型施工企業(yè)很少。在這種情況下,設(shè)計采用鋼頂管方案完全符合我國絕大多數(shù)施工單位的實際水平。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合同段原計劃采用DN3000 mm鋼頂管施工方案,由于資金的問題,業(yè)主要求降低工程造價。所以業(yè)主和施工單位聯(lián)合召開專家咨詢會,討論關(guān)于變更頂管材料的問題,與會專家一致認為,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,更能保證工程的質(zhì)量和進度。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,對提高工程質(zhì)量,降低工程投資,加快工程進度和提高混凝土頂管設(shè)計與施工技術(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,但管道頂進斷面土質(zhì)含砂性土和礫石,管道在頂進的過程中不可避免地會和周圍土體產(chǎn)生摩擦,破壞防腐效果,又無法進行補漆處理,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)防腐每隔一段時間應(yīng)進行補漆處理,增加工程的維護成本。在管內(nèi)介質(zhì)相同的情況下,混凝土管道抗腐蝕能力強于鋼管。故對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20世紀(jì)八九十年代的發(fā)展,已經(jīng)得到突飛猛進的發(fā)展。目前國內(nèi)和國際上的趨勢是以混凝土管逐步取代鋼頂管?；炷另敼芙涌跒榧用芊庀鹉z圈的柔性F型接口。其接口形式在軸線上可允許4 cm的變形而不會產(chǎn)生漏水或脫落,具有較強的適應(yīng)性,管節(jié)之間經(jīng)過勾縫處理后,流水?dāng)嗝嫫交?防腐抗?jié)B效果好,不進行特殊防腐處理即可滿足本工程的設(shè)計要求。
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)機頭偏離設(shè)計軸線,要及時糾正,偏離量大到一定程度再強行糾偏就可能造成鋼管內(nèi)應(yīng)力過大,因糾偏造成鋼管內(nèi)應(yīng)力過大而使鋼管斷裂的事故也時有發(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。而混凝土頂管的接頭是柔性接頭,有一定的活動余地,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實現(xiàn)曲線頂管。
2. 3 從工程投資上考慮
鋼管價格高于混凝土管,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,為加快工程進度,一般每節(jié)鋼管長度為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余萬元;混凝土頂管管材制作成本低于鋼管的成本。經(jīng)測算,改用混凝土頂管,業(yè)主可節(jié)約投資超過300萬元。
2. 4 從工程進度上考慮
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有發(fā)生) ,每根管道的接頭焊接所需的時間長,大口徑需時可達10 h以上,且一般接頭焊好后還需用一定時間作防腐處理,從而使頂管效率較低。混凝土頂管接頭無論是F形接頭,還是T形接頭,連接都非?？?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個月以上。
2. 5 從環(huán)保上考慮[ 2 ]
近些年來,許多歐洲國家著手于研究最利于環(huán)境的材料,芬蘭、德國、奧地利、瑞典和荷蘭這些國家著手研究的課題是對用于下水道設(shè)施和排水系統(tǒng)的一些材料,如對混凝土、陶土、球墨鑄鐵和各種塑料做了對比。
荷蘭的INTRON 機構(gòu)(材料和環(huán)境研究所)進行了環(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),這項研究把混凝土和陶土及塑料管道作了對比,對于4種范疇即能量、原材料、排出物和廢料的優(yōu)缺點做出結(jié)論,確認混凝土是最利于環(huán)境的材料,例如混凝土管在施工過程中幾乎不產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質(zhì),但是塑料、鋼材都會產(chǎn)生一些有害物質(zhì),對環(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,就是廢棄后對環(huán)境也是沒有很大危害的。
在奧地利,政府委托化學(xué)和環(huán)境研究機構(gòu)對于用不同材料制成的管道的生態(tài)學(xué)比較提出研究報告。對于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),確認混凝土是最利于環(huán)境的材料。
德國斯圖加特大學(xué)也進行了研究,提出正是由于對環(huán)境的理解有了變化,對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)論是在整個使用壽命周期,混凝土管所消耗的能量僅為塑料管所需能量的15%。當(dāng)對所有這些研究項目的結(jié)果加以分析時,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。
歐洲議會成員國已經(jīng)對歐洲委員會的意見做出反響,即采用自發(fā)的辦法來控制聚氯乙烯管對環(huán)境的影響是不夠的,而是采用更強硬的措施。2001年4月3日,歐洲議會對于環(huán)境、公共衛(wèi)生和消費者政策,支持委員會的意見,通過了與聚氯乙烯有關(guān)的環(huán)境問題綠皮書,它要求采用取代的對策,即先快速取代聚氯乙烯井,誰采用誰負責(zé)的辦法。隨著對當(dāng)前已有千年歷史的下水系統(tǒng)的更換比率來看,必須對使用的管道材料的耐久性有充分的信心。在英國,過去100年中已經(jīng)鋪設(shè)的數(shù)萬千米的混凝土管道的絕大多數(shù)仍然在使用中,這也就確認了混凝土的耐久性。人們對薄壁塑料管的耐久性的疑問,還需要時間來做進一步的回答。采用不開槽施工工藝鋪設(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)的社會和環(huán)境費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,顯然混凝土管確實是有利于環(huán)境的,但是為了確認這點,在英國還要進一步做工作?，F(xiàn)在ISO標(biāo)準(zhǔn)方法學(xué)已經(jīng)發(fā)展起來,將來所有可信的使用壽命周期的分析(LCA)研究都必須符合這個標(biāo)準(zhǔn)。
3 混凝土管制作工藝
3. 1 管節(jié)接口
國內(nèi)頂管用混凝土管接口有3種形式: F形、T形和承插接口,詳見圖1。其中F形接口是引進德國頂管技術(shù)在國內(nèi)率先使用的,止水效果最好,是對頂管質(zhì)量最有保證的接口形式。故在國內(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)計尺寸在作業(yè)平臺上用自動氣焊割刀下料,在帶臺架的專用銑床或刨邊機上切削坡口。將加工好坡口的鋼板接長,焊接接口既要滿足強度要求,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控制,誤差控制在±5 mm以內(nèi)。接長的鋼板兩端作好對接焊的坡口,送至專用的小型立式卷板機卷制成環(huán)。用鋼尺復(fù)核其周長后焊成圓環(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為: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)的變徑傳動系統(tǒng)遮蓋保護起來,開始混凝土澆筑。
用和易性好、水泥漿充盈、坍落度適中(5～7 cm)的高標(biāo)號普通混凝土,用多個高頻插入式振搗棒與澆筑同步振搗密實,蒸汽或潮濕養(yǎng)護,混凝土有一定強度后脫模。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
(1)混凝土管具有耐久性好、造價低廉、施工效率高、施工工藝可操作性、可曲線頂進等優(yōu)點,有著廣闊的應(yīng)用前景。
(2)在施工環(huán)保方面,相對與鋼管等其他材質(zhì)的頂管來說,混凝土頂管在社會和環(huán)境費用方面較少。
參考文獻:
[ 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 ]. 市政工程國外動態(tài),2002, (1) .
