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技術資料
大口徑頂管的制造工藝及質量控制措施
時間:2014-12-16 08:03 來源：qzhaiyu.com 作者：海煜重工 點擊: 次
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頂管施工是一種非開挖鋪設地下管道的施工方法，借助于主頂油缸及管道中縫間的推力，把鋼筋混凝土排水管（簡稱頂管）一節一節地頂入需要的地方。特別是在不能開槽施工的環境下，地管線須穿越運行的鐵路、公路、城市主干道等，頂管施工成為一種重要的施工手段。頂管作為一種比較特殊的管材，必須能承受幾千KN至上萬KN預定的縱向推力，混凝土的抗壓強度也必須達到C50以上，才能滿足頂管施工的需要。因此混凝土頂管質量的優劣，直接關系頂管的施工質量。
國家重點工程西氣東輸氣源地克拉2氣田至輪南首站輸氣管道工程，沿線穿越沙漠公路、314國道、218省道、南疆鐵路等20多處交通干道，設計采用頂管施工，鋪設直徑1080mm的輸氣鋼管。設計要求頂管為內徑1800mm、壁厚180mm、每段長度1500mm的鋼筋混凝土管，總長454.5m。其產品質量必須達到《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB/T 11836-2009中）Ⅱ級的力學性能，外觀質量達到優等品的要求。新疆水利水電建設工程局接受此項任務后，根據以前生產內徑為1500mm鋼筋混凝土管的經驗，對一些關鍵工序的工藝做了一定的調整，成功地生產出了內徑為1800mm的大口徑頂管，并且質量達到技術要求。 1 頂管制造工藝及質量控制措施 大口徑頂管制造工藝關鍵工序控制點為：強制式攪拌、鋼筋強度處理、焊接骨架成型、懸輥成型、蒸氣養護。 1.1 鋼筋加工制作工藝的改進 由于懸輥機成型工藝的特殊性，干硬混凝土靠外力作用輥壓成型。在懸輥成型過程中，鋼筋骨架由于受到來自輥軸方向混凝土徑向和切向輥壓力的作用，受損隱患大，鋼筋在成型時易松動和位移變形，保護層的厚度不易控制。根據以上容易出現的問題，采取了如下措施： (1)對鋼筋進行強化處理，提高鋼筋的屈服強度。對φ12的Ⅰ級環向鋼筋，冷拉總延伸率控制在8%～10%之間，屈服強度可從原來250MPa提高到420MPa；對縱向φ12的Ⅱ級螺紋鋼，冷拉總延伸率控制在4%～6%之間，屈服強度從原來的415MPa提高到470MPa。這樣保證了在成型時，骨架變形小。頂管成品力學性能試驗表明裂縫荷載和破壞荷載得到了提高。 (2)在改變原來鋼筋骨架成型時普通綁扎法，采取在縱向鋼筋與環筋相交點進行點焊成型。要保證鋼筋骨架的整體性，焊點的抗拉和抗剪能力必須大于成型過程中受到的作用力。在鋼筋骨架兩端密繞兩圈環向筋，以增加兩端的強度，然后將內、外層鋼筋骨架用120根短筋焊接成整體，不但保證了內外雙層鋼筋骨架的間距，又防止了鋼筋在懸輥成型時產生位移，提高了骨架整體剛度。再在外層縱向鋼筋上套16個混凝土保護層控制圈，以確保鋼筋骨架不偏移，使保護層的厚度始終控制在誤差范圍內。鋼筋骨架成型的質量控制參數詳見表1。
表1 鋼筋骨架成型允許誤差表
1.2 混凝土的配制 水泥使用阿克蘇青松建化水泥有限責任公司生產的42.5R普通硅酸鹽水泥。為了改善混凝土內部結構，提高混凝土抗腐能力和耐久性，增加混凝土后期強度，摻入了30%由新疆八鋼聯強公司微粉礦渣廠生產的粒化高爐礦渣微粉。砂子的細度模數控制在2.5～3.0之間，含泥量小于1%，石子粒徑為5～20mm、20～40mm的兩種骨料各一半。混凝土為干硬性混凝土，工作稠度(維勃稠度)為5～10之間。C50混凝土配合比見表2，其配制強度為58.6MPa。
表2 C50混凝土配合比
1.3 懸輥成型 采用GP150型懸輥式水泥制管機，頂管喂料量每次控制在1.7m3，使其壓實后混凝土比擋圈超厚3～4mm。避免了因喂料不足，管身混凝土欠密實，產生蜂窩和麻面；喂料過多，影響管壁厚度的現象。懸輥成型加料先從擋圈開始，然后從擋圈一端向另一端加料，懸輥機喂料轉速控制在500～700r/min，時間為5～10min。喂料完畢后，凈輥時間為4～8min，懸輥機速度控制在1000～1100r/min，成型后用抹子在內壁進行抹面，以保證頂管內壁的光潔程度。 1.4 蒸養和自然養護措施 (1)頂管在成型后，蒸汽養護前應有一個靜停的過程，靜停時間取決于水泥類型、升溫速度和最高溫度等，一般為1～5h。早強水泥由于初凝時間短，靜停時間可以短一些，一般為1～2h；溫度上升的速度與靜停時間相互關聯，如果靜停時間長，則可用較高的升溫速度，一般為20℃/h，最高可達33℃/ h，若靜停過程只有1h，升溫速度不應超過11℃/h。混凝土靜停時間短，若溫度驟變，混凝土內外產生較大的溫差，引起較大的溫度應力，使混凝土產生開裂；混凝土靜停時間長，若升溫速度過慢，混凝土表面水分蒸發過快以及混凝土水化熱高等因素，會引起混凝土產生塑性收縮龜裂的現象。蒸氣養護的恒溫溫度主要取決于水泥種類，硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥不高于80℃，礦渣硅酸鹽水泥不高于95℃。如果高于以上溫度，雖然混凝土在很短的時間就可以達到脫模強度，但后期強度損失過大，甚至可能影響混凝土的耐久性。恒溫溫度過低，為了達到混凝土脫模強度，就必須延長恒溫時間，水泥制管模具周轉次數相應減少。因此根據多年經驗和所使用的普通硅酸鹽水泥，最終確定蒸氣養護溫度和時間見表3。
表3 蒸汽養護溫度控制表
(2)頂管脫模后，達到自然溫度再進行自然養護。在頂管上蓋上草簾，以保證頂管的濕度，每天養護不得少于16h，自然養護不少于15d方可出廠。 2 檢驗驗證 該產品出廠前經過新疆阿克蘇地區質量與計量檢測所的檢驗，完全達到GB/T11836-2009標準優等品的要求，外壓荷載、裂縫荷載國標要求為≥120kN/m，檢驗結果為168kN/m，破壞荷載國標要求為≥180kN/m，檢驗結果為288kN/m，設計要求達到Ⅱ級管力學性能，實際達到了國標Ⅲ級管的力學性能。混凝土28d平均強度為55.6MPa，高于設計要求的11%。 中石油管道總公司一分公司、二分公司、大慶油田建設公司、新疆石油建設公司在頂管施工中，未發現質量缺陷。此產品生產獲得成功，填補了南疆生產大口徑頂管的空缺。 |
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