付林林

（安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455133）

現(xiàn)有頂管施工用的頂管主要有焊接鋼管頂管、水泥頂管和玻璃鋼頂管。焊接鋼管頂管在制作時(shí)焊接工作量大、制作困難；水泥頂管則存在強(qiáng)度不夠、不能用于壓力管道等問(wèn)題；玻璃鋼頂管易破碎，使用壽命短。

為克服現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題的不足，提出使用球墨鑄鐵頂管來(lái)進(jìn)行頂管施工。球墨鑄鐵頂管以球墨鑄鐵管為內(nèi)管，在球墨鑄鐵管外澆筑混凝土層，球墨鑄鐵管與混凝土層相結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制作容易、強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。

1 發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀

球墨鑄鐵頂管常用于市政施工的非開(kāi)挖掘進(jìn)式地下給排水管道的鋪設(shè)或更換，通過(guò)工作井把要埋設(shè)的管子頂入土內(nèi)，其可曲線穿行，以繞開(kāi)一些地下管線或障礙物。

球墨鑄鐵頂管徹底解決了管道埋設(shè)施工中對(duì)城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞等難題，在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護(hù)方面凸顯其優(yōu)勢(shì)，這對(duì)交通繁忙、人口密集、地面建筑物眾多、地下管線復(fù)雜的城市是非常重要的[1]，它將為城市創(chuàng)造一個(gè)潔凈、舒適和美好的環(huán)境。通常頂管直徑DN為300～2 600 mm。

2 設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

2.1 球墨鑄鐵頂管結(jié)構(gòu)

球墨鑄鐵頂管結(jié)構(gòu)如圖1 所示，包括內(nèi)管、混凝土層、密封圈及擋環(huán)，內(nèi)管外澆筑有混凝土層。

圖1 球墨鑄鐵頂管

混凝土層內(nèi)設(shè)置有鋼絲網(wǎng)骨架，鋼絲網(wǎng)骨架的一端與內(nèi)管承口段的外壁固定連接，鋼絲網(wǎng)骨架的另一端通過(guò)連接件與擋環(huán)連接。

這里的內(nèi)管為球墨鑄鐵管，包括一體結(jié)構(gòu)的管身段、承口段及插口段。管身段前部的外周上固定有擋環(huán)，擋環(huán)之前的管身段為插口段，插口段的長(zhǎng)度大于承口段內(nèi)腔的長(zhǎng)度，插口段的前端設(shè)置有倒角。管身段的后端設(shè)置有承口段，承口段為中空的錐形結(jié)構(gòu)，承口段的內(nèi)腔用于插裝后一個(gè)球墨鑄鐵管的插口段。承口段的內(nèi)腔沿承口段的長(zhǎng)度方向由前向后依次布置連通腔、推進(jìn)腔、密封腔及喇叭口，連通腔的直徑與管身段的內(nèi)孔直徑相同，推進(jìn)腔的截面形狀為錐形，推進(jìn)腔的內(nèi)徑由前向后漸小，密封腔的內(nèi)徑大于推進(jìn)腔的最大端的內(nèi)徑，推進(jìn)腔內(nèi)設(shè)置有用于支撐密封圈用的內(nèi)凸環(huán)，且密封腔內(nèi)設(shè)置有密封圈，后一個(gè)球墨鑄鐵管的插口段插入前一個(gè)球墨鑄鐵管的承口段后，將密封圈插入插口段與承口段之間的間隙。

2.2 球墨鑄鐵頂管設(shè)計(jì)加工

在制作球墨鑄鐵頂管時(shí)，先離心鑄造球墨鑄鐵管，然后按照內(nèi)管長(zhǎng)度從插口段切割鑄造的球墨鑄鐵管，之后加工插口段的倒角，打磨插口段外圓周面及切割面，打磨長(zhǎng)度大于設(shè)計(jì)插口段的長(zhǎng)度，打磨時(shí)要求切割面整齊光滑，不能有飛邊毛刺，之后按照尺寸加工承口段的推進(jìn)腔、密封腔及喇叭口，至此完成內(nèi)管的加工。

然后將鋼絲網(wǎng)骨架的一端與內(nèi)管的承口段焊接固定，另一端與擋環(huán)焊接固定，安裝澆筑模具后，在澆筑模具與內(nèi)管之間澆筑混凝土，邊填充邊用振動(dòng)棒進(jìn)行振動(dòng)，確保填充的混凝土均勻，混凝土澆筑時(shí)，用振動(dòng)棒沿圓周振實(shí)，不能有漏振現(xiàn)象。

混凝土凝固后，去掉澆注模具，安裝焊接擋環(huán)，確保擋環(huán)外沿到內(nèi)管前端的長(zhǎng)度滿(mǎn)足插口段的長(zhǎng)度要求，然后進(jìn)行蒸汽養(yǎng)生12 h。養(yǎng)生溫度為35～65 ℃，相對(duì)濕度≥90%。

養(yǎng)生合格后在混凝土層外表面涂刷涂料，噴涂標(biāo)識(shí)。至此完成本實(shí)用新型的制作。

在球墨鑄鐵管頂管T 型接口的球墨鑄鐵管外層涂覆一層混凝土砂漿[2]，將球墨鑄鐵管緊緊包裹在混凝土層內(nèi)部，這樣施工頂進(jìn)時(shí)，既可以減少頂進(jìn)阻力，使頂管各部位受力均衡，又可以保護(hù)鑄鐵管部分不受損害。

3 球墨鑄鐵頂管的壓力試驗(yàn)

球墨鑄鐵頂管施工時(shí)，通過(guò)借助主頂油缸及管道間的推力，把工具管從工作井內(nèi)穿過(guò)土層一直推到接收井內(nèi)吊起，與此同時(shí)，也就把緊隨工具管后的頂管管道埋設(shè)在兩井之間，以期實(shí)現(xiàn)非開(kāi)挖敷設(shè)地下管道的施工。一個(gè)工作井內(nèi)的管子可在地下穿行1 500 m以上，這就要求球墨鑄鐵頂管端面需承受500～2 000 t的頂推力。

在制造過(guò)程中，對(duì)頂管頂推阻力進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 球墨鑄鐵頂管允許頂推阻力

用于頂管施工技術(shù)的球墨鑄頂管試驗(yàn)頂推阻力較允許頂推阻力均高出100 t 以上，DN=1 200 mm 的球墨鑄鐵頂管最大可承受1 200 t 的頂推力，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

4 質(zhì)量控制

4.1 尺寸要求

承口外凸臺(tái)較普通鑄鐵管外徑d1尺寸大20 mm，插口尺寸控制在鑄管標(biāo)準(zhǔn)的偏下限，長(zhǎng)度偏差不超±10 mm。

插口最大直徑與最小直徑相差不能超5 mm，打磨后的水泥內(nèi)襯平整光滑，清一色，不能有浮砂、修補(bǔ)現(xiàn)象。

4.2 外觀要求

4.2.1 鑄管外觀要求

插口200 mm 以?xún)?nèi)不允許有龜裂紋，承口外端面、直端面、承口內(nèi)各密封面均需打磨光滑、干凈，不能有凸起、缺塊、砂眼及夾渣等肉眼可見(jiàn)缺陷。管身允許有龜裂紋，不允許重皮、裂紋等外觀缺陷，在承口內(nèi)外、插口外噴鋅。

4.2.2 頂管外觀要求

外涂水泥面平整，無(wú)凹凸不平、缺塊、多塊，涂料涂刷均勻，無(wú)滴流、無(wú)漏刷，插口擋環(huán)平面與管身垂直，擋環(huán)位置緊挨插口安裝線，承口內(nèi)、外沿30 mm、插口擋環(huán)及插口安裝部位外表面涂刷紅色環(huán)氧樹(shù)脂漆，需用專(zhuān)用防護(hù)墊防護(hù)。

4.3 水泥砂漿配比

水泥要求標(biāo)號(hào)為42.5～52.5；砂子要求為中粗天然砂；石子要求為05 級(jí)；具體配比為水泥、砂子、石子、水的質(zhì)量比為1∶1.38∶2.74∶0.5；水泥砂漿澆灌時(shí)，用振動(dòng)棒沿圓周振實(shí)，不能有漏振現(xiàn)象。

4.4 吊裝要求

頂管吊裝必須使用吊裝帶，輕裝輕放，運(yùn)輸車(chē)輛需對(duì)易磕碰面進(jìn)行專(zhuān)業(yè)防護(hù)，預(yù)防碰壞水泥涂層，禁止用吊具直接吊裝水泥內(nèi)、外面。

5 結(jié)語(yǔ)

球墨鑄鐵頂管施工是一種不開(kāi)挖或者少開(kāi)挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于學(xué)校、醫(yī)院和工廠等場(chǎng)地的修建過(guò)程中。在工作坑內(nèi)借助于主頂油缸等頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周?chē)寥赖哪Σ亮?，將管道按設(shè)計(jì)的坡度頂入土中[3]。一節(jié)管子被頂入土層之后，再下第二節(jié)管子繼續(xù)頂進(jìn)。球墨鑄鐵頂管能夠深入地下作業(yè)，不需拆遷，因此能節(jié)約一大筆征地拆遷費(fèi)用，且不破壞地面建筑物，不影響、不破壞周?chē)h(huán)境，不影響交通，施工時(shí)也不受氣候和環(huán)境的影響，施工場(chǎng)地小，噪音小，不影響管道的段差變形，特別適用于大中型管徑的不開(kāi)挖鋪設(shè)，可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。