一种新型大口径玻璃钢夹砂压力顶管

《一种新型大口径玻璃钢夹砂压力顶管》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、一种新型的大口径玻璃钢夹砂压力顶管李卓球1陈建中1周强2（1、武汉理工大学理学院；2、永昌积水复合材料有限公司）摘要玻璃钢夹砂顶管作为一种新型的复合管材，具有轻质、高强、耐腐蚀、寿命长等特点，在排水排污管道中得到了越来越多的应用。但对于大口径具有压力的顶管，以往却尚未见报道。本文作者通过负责上海原水公司长江引水三期输水管道工程中玻璃钢夹砂压力顶管（压力等级为0.6MPa）的技术工作，从设计、数值模拟、偏转水压性能实验、以及试验段工程监测等四个方面，介绍这种具有玻璃钢承插口连接方式的新型的大口径夹砂压力顶管。引言玻璃钢夹砂顶管，作为一种新型

2、的非开挖复合管材，具有轻质、高强、耐腐蚀、寿命长等特点。在施工中，玻璃钢夹砂管重量轻，不仅便于运输装卸，施工方便，而且在软地基中不易栽头；由于玻璃钢夹砂顶管管外壁光滑，在无注浆减阻的条件下，特别是对于含水量高的粘土地带，土的内聚力不易对玻璃钢夹砂顶管形成抱紧力，使得玻璃钢夹砂顶管的顶力比传统管材的顶管小的多。正是由于这些原因，在当前城市排水地下管网的建设中，越来越多的工程采用了玻璃钢夹砂顶管。同时，通过国内外的这些工程实践，玻璃钢夹砂顶管所具有的各项优势体现的越来越充分，一些所存在的技术问题也逐步得到了解决，得到了社会各界的认可。上海长江

3、引水三期输水管道工程玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂管道项目中，部分地段采用了玻璃钢夹砂顶管，其直径为DN2300mm，压力等级为0.6MPa。该项目实施之前，上海原水公司多次组织专家进行论证考察，并邀请日本、德国的专家进行技术咨询。在当时的情况下，包括国外专家，对具有压力的大口径玻璃钢夹砂顶管应用尚未见报道资料。11在这种情况下，武汉理工大学提出了一种具有玻璃钢承插口连接方式的、可以在施工中实时试压的新型大口径夹砂压力顶管的技术方案，并由永昌积水复合材料有限公司制造与实施。2005年12月，在上海富长路实施了90多米长的DN2300PN6

4、的大口径玻璃钢夹砂压力顶管工程，获得了很大成功。下面将从大口径玻璃钢夹砂压力顶管的接头设计、数值模拟、偏转水压性能实验、以及试验段工程监测等四个方面进行介绍。1、接头设计根据设计要求，上海长江引水三期输水管道工程的玻璃钢夹砂压力顶管的压力等级为0.6MPa，对于一般”F”型双插连接的玻璃钢夹砂顶管而言，在插口和承口均需采用两道密封圈进行密封，防渗效果较差，因此我们专门设计了具有更好防渗效果用于压力顶管的玻璃钢夹砂压力顶管，见图1。这种玻璃钢夹砂压力顶管采用玻璃钢承插口方式连接，其承口和玻璃钢管身是连接在一体，可一体制作而成的。由于采用这种

5、玻璃钢承插连接，从而由原来的两个可能渗漏点减少到一个，防渗效果大为提高，和一般埋地压力管具有相同的防渗性能。这种接头设计与以往玻璃钢夹砂顶管所不同的是：接头全部采用玻璃钢复合材料，而不是采用钢套环等易锈材料。这样就确保了接头与管身材料使用寿命的一致性。图1玻璃钢夹砂压力顶管的承插口连接方式2、数值模拟11在顶管过程中，管接头可能不断承受着纠偏造成的不均匀的局部应力，由于承口与管身连接在一起，能否承受这种不均匀的局部应力，是必须得以解决的关键技术问题。考虑玻璃钢夹砂压力顶管在接头处的偏转角为1.53°，在采用有限元计算中对于管土作用考虑一种

6、弹簧单元。其刚度系数通过均布载荷采用弹簧单元进行模拟计算，比较两者结果进行选择。有关的计算结果见下表和图2~图7。表1接头处的偏转角为1.53°时的应力计算结果轴向环向径向等效位移（mm）-0.4891.893.1843.586应力（MPa）9.38237.0959.45435.089图2模型图图3环向位移图图4环向应力图图5轴向位移图11图6轴向应力图图7等效应力图由有限元分析结果可见，最大轴向应力仅9.45MPa。该结果表明，即使在1.53°的偏角时，接头的强度仍然是满足要求的。考虑在实际工程中其他因素，在实际施工中的一次偏转角限制在

7、0.5°。3、偏转试验为了验证设计的玻璃钢夹砂压力顶管能够达到设计要求，能够满足工程需要，我们制作了样管进行了接头偏转试验。为了更好地进行分析，在进行接头偏转试验之前，还进行了强度试验、管刚度试验等。3.1强度和管刚度试验强度和管刚度为玻璃钢夹砂压力顶管的最基本的力学性能，我们按照相关的标准制样测试，基本测试结果如下：承口环和管端的轴向抗压强度：130.7MPa管身轴向抗压强度：76.3MPa承口环和管端的轴向弹性模量：9.8GPa管身轴向弹性模量：6.9GPa管刚度：22376Pa通过计算可以得到套环和管端以及管身的最大允许轴向应变，对

8、于套环和管端，由于受力不均，按3倍的安全系数考虑，则承口环和管端允许轴向应变为：对于管身，受力不均匀状况比套环和管身要好，按2.5倍的安全系数考虑，则管身允许轴向应变为：113.2接头偏转角试