1 钢管顶管-HOBAS顶管 比较 10-1-21.doc

钢管顶管与HOBAS CC-GRP顶管比较一、管材性能钢管耐腐蚀性差,需做内外防腐层,而顶管施工时,外防腐层因磨擦会遭破坏,内表面在使用过程中易结垢而影响水流量。一般设计使用年限为20年。HOBAS顶管为新型复合材料管材，具有优良的耐腐蚀性能，内衬采用食品级树脂，使用过程中不结垢，水头损失小，内外表面光滑，设计使用年限为50年。二、施工根据理论分析，钢管顶管刚性太大，大到在土中无法变形，厚壁管几乎是无法纠偏的，而且顶力很大，这也是国外不普遍采用钢管顶管的原因。钢管顶管施工比其它类型顶管困难，国内近几年有些工程使用了钢管顶管，部分顶管施工时，顶管机与钢管脱开，严重影响施工。钢管顶管施工时，管与管之间需焊接，顶管壁厚较厚，DN1200钢管顶管壁厚18mm，据经验，完成一条管道的焊接需2个工时，焊缝现场防腐很难保证质量，还受大气状况和现场环境的制约，严重影响施工。顶进速度约为10米/天。HOBAS顶管采用柔性FWC管接头连接，施工十分方便，不受大气状况和现场环境的制约，平均顶进速度为3060米/天。三、HOBAS压力顶管典型工程临海源水输水工程：规格为DN1200，压力0.6MPs，额定顶力2850KN，总长260米，管道覆土约9米，采用FWC管接头，采用泥水平衡法施工，2006年9月份完成，至今运行正常。上海奉贤自来水公司原水管南奉公路段工程：规格为DN1600，压力0.6MPa，额定顶力5000KN，总长160米，管道覆土约10米，采用泥水平衡法施工，平均顶进速度为40米/天，施工非常顺利，2005年12月通过现场试压，压力0.95MPa，保压15分钟无压降。四、HOBAS顶管顶力计算和接头按CECS246：2008给水排水工程顶管技术规程第12.4条（P43），顶力计算公式为：。采用不锈钢专用接头或FWC管接头。五、综合造价以DN1200为例，壁厚为18mm的DN1200钢管顶管管材（含内外防腐）价格约为3800元/米。其施工进度慢、施工费用高。顶进施工费用：2000元/米(含吊装,安装施工,出土和人工费等)。同等规格的HOBAS顶管管材价格约为 5200元/米，顶进施工费用:1000元/米(含吊装,安装施工,出土和人工费等)，但其施工进度快、施工费用低，使用年限长，无需维护。离心浇铸与缠绕玻璃钢夹砂顶管的比较玻璃钢夹砂管制作方法主要有三种：离心浇铸工艺、定长缠绕工艺和连续缠绕工艺。就工艺而言，更适用于顶管的是：离心浇铸玻璃钢夹砂管（简称离心管），定长和连续缠绕管（简称缠绕管）在解决如加砂方法、气泡、外径控制等问题的情况下，在一定范围内也可用于顶管。这两种管道的制作方法有各自的特点：离心管的制作自动化程度高，其特点是利用离心力的作用，使管壁夹砂层均匀密实，抗压强度高，允许顶力大；缠绕管制作特点是采用长纤维（离心管采用短纤维），管道断面刚度大。长纤维对提高断面刚度的作用较大，但对提高管道顶力作用不大。缠绕管夹砂层的密实度较差，影响抗压强度。制作中的人工缠绕，增加了抗压强度的离散性。以下几点是两种顶管性能的比较：一、 管外径的一致性离心管属外径系列，采用外模具加工，管道固化收缩，方便脱模，外径一致。缠绕管属内径系列，采用内模具加工，为方便脱模，模具有一定锥度，一般为1/1000或1/2000，对于12m长的模具，外径偏差最大会达到12mm或6mm，加之制造过程中存在壁厚偏差，外径偏差最大会超过12mm，这对于顶管施工是极为不利的。武汉理工大学李卓球教授的论文“外径尺寸偏差对玻璃钢夹砂管顶力影响分析”（华中科技大学学报第22卷第2期）对缠绕顶管尺寸偏差问题进行了深入研究，表明120米长的顶管存在尺寸偏差时的顶力比尺寸一致时的顶力增加25.4%。二、 管壁结构离心管属复合结构，自动离心成型，管壁质地均匀密实、无孔隙和气泡，壁厚差异小，夹砂层中含有增强材料玻璃纤维。缠绕管属层合结构，半自动缠绕成型，制作过程中很难人工排除气泡，孔隙较多，人为因素的影响导致壁厚差异大，夹砂层中无增强材料玻璃纤维。三、 轴向压缩强度与允许顶力离心管管端与管身材料相同，轴向压缩强度均为90Mpa，变异系数小，有详细的计算允许顶力的方法。缠绕管管端进行了加强，压缩强度为105Mpa，管身的压缩强度为65或75Mpa两个等级（玻璃钢顶管国家标准送审稿中的规定），变异系数大，目前尚无统一的计算允许顶力的方法。在某些工程中，厂家为节省成本，加入过量的石英砂，管身的压缩强度低于65Mpa。为了提高顶管缠绕管的抗压强度，我国的研究人员对管端采用了加强措施。使用特殊的工艺方法，缠绕管的抗压强度可以做到和离心管相同，但成本会高很多。管端加强缠绕管（试验样品管）和离心管的材料力学性能试验数据可参见上海市排水公司的大口径玻璃钢夹砂顶管实验与应用研究报告。现摘抄如下：顶管用缠绕管与离心管试验结果对比表内容抗压强度破坏应变弹性模量(Gpa)平均值(Mpa)变异系数平均值(%)变异系数缠绕式管身纵向89.010.1142.230.2246.72环向88.200.0821.050.2758.12缠绕式管端纵向105.680.1411.370.1888.44环向251.670.2351.420.17219.49离心式纵向96.910.0121.900.0218.64环向99.620.0551.600.0939.71表中的试件取自试验用的玻璃钢夹砂管，设计要求的纵向强度为80MPa。进一步分析，下面几点是值得注意的：1、要防止管口传力能力大于管身缠绕管管端的强度较高，对提高管端的传力能力有好处。但是一旦管端的传力能力大于管身，这是危险的，因为在这种情况下顶力过载的后果是管身破坏，是结构性的，后果要比管端破坏严重得多。某公司在广州大口径顶管工程中就曾出现过管身破坏的事故。2、管口的强度要均匀。强度变异系数大的不良后果是：1）容易产生不均匀应力，造成管端破坏。管端强度的离散性大，也就是同一传力面上的各个部位的软硬相差很大，这给应力集中埋下了隐患，容易引起管端的破坏。2）影响设计允许顶力的提高。决定管道允许顶力的是最小极限抗压强度和最小有效受力断面面积，因为最大应力在断面上出现的位置是随机的、变化的。缠绕管的变异系数大，最小极限抗压强度变小。虽然试验中缠绕管的强度的平均值大于离心管，但最小值小于离心管，管端加强后的允许顶力仍然低于离心管。管端纵向抗压强度试验结果表别试件数量(件)变异系数纵向抗压强度（MPa）平均值最大值最小值大小差绕管60.141105.68129.7092.9136.79心管60.01296.9197.8595.012.84顶管施工要求顶力大。这就是国际上玻璃钢顶管多采用离心管的主要原因。缠绕管顶管虽然取得了一些成绩，但问题较多。与缠绕管顶管相比，离心管相对比较成熟。四、 管环抗挠曲水平离心管因管壁夹砂层中玻璃纤维均匀分布，抗挠曲水平能达到玻璃钢管国际标准ISO10639中规定的要求：径向变形，管壁无分层和破坏。缠绕管因工艺原因，夹砂层中无玻璃纤维，很难达到上述要求，有的缠绕顶管变形很小就产生分层现象，这严重影响管线的长期运行，因为符合标准要求的抗挠曲水平是基本的安全保障。离心浇铸玻璃钢夹砂顶管与混凝土顶管的比较玻璃钢的突出的优点是抗腐蚀。近年来排污混凝土管突出的问题是腐蚀严重。调查表明，沿海富裕地区的排污混凝土管寿命只有1520年。排污管道采用玻璃钢管已成为发展方向。序号性能HOBAS顶管混凝土顶管1耐腐蚀性能不需要任何防腐措施易受管内污水和管外酸碱性土壤腐蚀。2使用寿命使用寿命长（50年）使用年限一般为15年。3抗冻性能具有优异的抗冻性能，在零下20以下，管内结冰后不会发生冻裂。抗冻性能较差，在低温下管内容易结冰，发生冻裂4重量重量轻（约为混凝土管道的1/5），施工方便。混凝土顶管自重很重，对管基和吊装设备要求高，5压缩强度压缩强度高，可达90MPa管端压缩强度约为55MPa6一次性顶进长度外壁光滑，顶进力小，单次顶进距离长、施工进度快。顶进力大，单次顶进距离短、工作井数量增加、施工进度较慢。7抗不均匀沉降性能一种柔性管，有良好的抗不均匀沉降性。基础产生不均匀沉降时，混凝土顶管易断裂、密封接头拔出。8弹性变形量轴向压缩应变是C50混凝土管的3.4倍。例如2m长的管段，HOBAS顶管的极限压缩变形是10mm，因此允许转角范围内无须加垫圈。混凝土顶管管长2m时的极限压缩变形是2.9mm。因此混凝土顶管要达到与HOBAS顶管的同样转角必须加垫圈。9水力性能摩阻力，糙率系数n值为0.0084，能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力。 糙率系数为0.0130.014，同口径的管线，其沿程阻力高，水头损失和运行费用增大。10纠偏能力 HOBAS顶管几乎不产生扭转错位，顶进施工时容易做到直线顶进，即使发生管线偏移，采用一般的纠偏方法即可纠正，操作简便混凝土顶管因自身重量大，在顶进施工时很难做到直线顶进，并且常常出现栽头现象，采用一般的纠偏方法是很难纠正，施工较为复杂。5