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摘要玻璃钢夹砂管用做顶管具有相当性能优势和发展前景。
关键词玻璃纤维增加塑料夹砂管，顶管，应用
中图分类号：TQ327.1 文献标识码：A 文章编号：
1 顶管的施工历史和现状
在世界范围内，顶管施工技术发展至今已有100余年的历史，在我国也有近50年的历史，最近的20年中，顶管的施工理论和施工技术都有了突飞猛进的发展，我国有些方面还居于世界领先水平。
顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，这种施工方法在铺设管道时不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑、地下构筑物以及各种地下管线等。它最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。我国的顶管施工根据有关资料记载最早始于1953年的北京和1956年的上海，由于当时机械设备、施工理论等条件的限制，开始都使用简陋设备的手掘式顶管。
1967年左右在上海研制成功了人不必进入管道的小口径遥控土压式机械顶管机，口径有φ700㎜~φ1050㎜等多种规格，同时采用了液压纠偏系统，并且纠偏油缸伸出的长度已用数字显示。1978年左右在上海又成功开发了挤压法顶管，这种施工方法比普通手掘工施工效率高1倍以上。
1984年左右我国的北京、上海、南京等地先后引进国外先进的机械式顶管设备，从此我国的顶管技术更上一个新台阶，尤其是上海市政公司引进了日本尹势机公司的φ800㎜Telemale顶管掘进机（具有机械平衡和电视遥控功能）以后，随之引进了顶管施工理论、施工技术和管理经验，随后各种诸如土压平衡理论、泥水平衡理论、管接口形式和制管新工艺都慢慢的流行起来。
到目前为止，顶管施工随着城市建设的发展已越来越普及，应用领域也越来越宽广，最初用于下水道施工的顶管也逐渐应用到自来水管道，煤气管道、动力电缆、通信电缆和发电厂循环水等众多管道的施工中，顶管施工的范围也由最初的短距离直线施工向长距离、复杂曲线的顶管施工，最初作为特殊施工手段的顶管施工现在也已作为一种常用的施工工艺而广泛地被业主接收。
2 夹砂玻璃钢管顶管的优势
由于顶管施工对管材的刚度、强度及其他物理性能要求比一般地需用管和普通埋地排水管要高的多，顶管施工最初绝大多数选用钢筋混凝土管和少量增强钢管。但是钢筋混凝土管的自身重量较大，韧性较差，故施工较为困难，而且很难克服在施工过程中和安装后的深降地。因此钢筋混凝土管对于长距离特别是地形较复杂的施工就显得无能为力了。为了适应长距离顶管的需要，我国在80年代就已经开发出一种玻璃纤维加强混凝土管，它的抗压强度可达到90MPa~100MPa，是普通顶管的1.5倍左右，近年来，各种加强型材料顶管也纷纷出台，其中玻璃纤维管道和PVC管道甚至已取代小口径的混凝土管或钢管。玻璃钢管道作为高科技产品和新一代环保节能产品，其各方面性能与其他管材相比优点是非常显著的。
首先玻璃钢管道耐腐蚀、防污抗蛀，能抵抗酸、碱、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及多种化学流体的侵蚀。在这一点上，玻璃钢管道是其他任何一种管材都无法比拟的。钢筋混凝土管内外表面都易附着微生物且物以清除，以至增大粗糙率减小过水断面，而玻璃钢夹砂管在避光情况下不会产生或附着微生物，因此无污染，长期使用仍洁净如初。玻璃钢夹砂管优良的抗腐蚀性能使它的使用寿命更加有优势，一般情况下钢筋混凝土管的使用寿命为5~10年，且至少每隔4~5年就需要检修；钢管的寿命约15年；玻璃钢夹砂管的使用寿命可长达50年，且无检修。
其次，玻璃钢管道水力特性好，耐磨损性能良好。这一特性在给排水领域应用尤为突出，玻璃钢管道内表面致密光滑，摩擦阻力和糙率小，能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力。作为顶管的玻璃钢道外表面同样也非常的光滑，在施工过程中可显著减少顶进时的摩擦阻力。
第三，玻璃钢管道自重轻、强度高、运输安装方便，工程安全度高。玻璃钢夹砂管的比重只有刚管的三分之一左右，但其强度和刚度都优于普通刚。这种性能可以很好地克服钢筋混凝土管无法运用的长距离和曲线顶管施工。
第四，玻璃钢管道可设计性、适应性强。玻璃钢管道的轴向环向强度分配、可承爱的内压外压、防腐性能、接头方式、产品形状都可以通过特定工艺根据不同的环境要求灵活设计，使玻璃钢管的应用更为广泛。迄今为止，玻璃钢夹砂管已经广泛地应用在化工、冶金、油田、农林等领域的给排水工程中。
3 玻璃钢夹砂顶管的制作工艺
普通埋地排水玻璃钢夹砂管道一般最大刚度范围在5000~10000N/㎡，其环向拉伸强度300~350MPa，轴向拉伸强度100~150MPa，弯曲强度200~250MPa，压缩强度200MPa。用作顶管的玻璃钢夹砂管道要求刚度一般要求大于15000N/㎡，其轴向环向拉伸强度也要求更高，尤其轴向拉伸强度一般要求大于200 MPa，设计抗压强度也要求大于200 MPa。下面以DN2000、连续推进距离100m左右的顶管为例的工艺设计：
设计管道单根长度3.25m，有效长度约3.0m，设计总厚度为65㎜，制作结构层的缠绕纱纱处片宽度为190~195㎜，缠绕纱股数48~50股，缠绕角55~56°。
3.1工藝铺层
内衬层：中碱表面毡（30g/㎡）1层，中碱针织毡（300g/㎡）1层，网格布（65g/㎡）1层，内衬树脂选用S-902间苯树脂。
结构层：内环向2层，内螺旋5层，次内环向2层，夹砂层5层（各带1环向层），次外环向1层，外螺旋5层，外环向1层（最外层缠绕薄膜）。结构层树脂选用邻苯型树脂，缠绕纱选用无碱无捻粗纱（ER-13-2400TEX）。
加砂层：制作结构层的加砂过程中，管道两端头各留1015㎝不加石英砂，以便制作刚套接口。结构层制作完成后进行固化，固化后两端修整出15㎝左右平端加刚套。
3.2刚度
刚度计算公式：ps=E1/Dm3×106=36543N/㎡
式中：I为惯性距（㎜3）
Dm为管道中径（㎜）
Dm=D+2tl+t2=2068.3（㎜）
刚度计算结果见表1。
表1 计算刚度值
表1中，厚度推算时取纤维比重为2570kg/m3、树脂比重1270 kg/m3、损耗系数1.08，计算刚度按0.95~1.05系数离散34716N/㎡~38370N/㎡。
4 性能检测
管道刚度测试值为38620N/㎡，其轴向拉伸强度为310MPa，环向拉伸强度为440MPa，弯曲强度为270MPa，压缩强度为220MPa，其他各项指标经检测均达到设计要求。
5 结论
玻璃钢夹砂管在国内工程中运用越来越受到广大客户的欢迎，其强度高、自重小以及优良的耐摩性能、光滑的内外表面等性能在工程施工中体现出显著的优势，采用同口径玻璃夹砂管顶管的施工比钢筋混凝土顶管施工减少动力资源约30%~50%，且其长期性能下降率小，无须定期检修，工程长远利益优良，综合效益好。国内也有工程实例，使用的管道口径分别在1500㎜至2200㎜。玻璃钢夹砂管顶管的施工体现出较为明显的快捷、经济的特点。
【参考文献】
[1]郭兵.顶管施工法在大口径玻璃钢夹砂管施工中的监测与分析[J].重庆建筑大学学报,2011(4).
[2]李卓球,陈建中,杨粤.大口径玻璃钢夹砂管的顶力分析与应用[J].中国给水排水,2010(5).
[3]熊旺.大口径玻璃钢夹砂管进行顶管施工的实践[J].中国给水排水,2012(1).
[4]吴学伟,曹晓阳.定长缠绕玻璃钢夹砂管顶管技术的工程应用[J].中国给水排水,2010(14).
[5]郭平,朱枫,杨万和.浅谈泥水平衡机械顶管[J].湖南水利水电,2012(2).
关键词玻璃纤维增加塑料夹砂管，顶管，应用
中图分类号：TQ327.1 文献标识码：A 文章编号：
1 顶管的施工历史和现状
在世界范围内，顶管施工技术发展至今已有100余年的历史，在我国也有近50年的历史，最近的20年中，顶管的施工理论和施工技术都有了突飞猛进的发展，我国有些方面还居于世界领先水平。
顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，这种施工方法在铺设管道时不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑、地下构筑物以及各种地下管线等。它最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。我国的顶管施工根据有关资料记载最早始于1953年的北京和1956年的上海，由于当时机械设备、施工理论等条件的限制，开始都使用简陋设备的手掘式顶管。
1967年左右在上海研制成功了人不必进入管道的小口径遥控土压式机械顶管机，口径有φ700㎜~φ1050㎜等多种规格，同时采用了液压纠偏系统，并且纠偏油缸伸出的长度已用数字显示。1978年左右在上海又成功开发了挤压法顶管，这种施工方法比普通手掘工施工效率高1倍以上。
1984年左右我国的北京、上海、南京等地先后引进国外先进的机械式顶管设备，从此我国的顶管技术更上一个新台阶，尤其是上海市政公司引进了日本尹势机公司的φ800㎜Telemale顶管掘进机（具有机械平衡和电视遥控功能）以后，随之引进了顶管施工理论、施工技术和管理经验，随后各种诸如土压平衡理论、泥水平衡理论、管接口形式和制管新工艺都慢慢的流行起来。
到目前为止，顶管施工随着城市建设的发展已越来越普及，应用领域也越来越宽广，最初用于下水道施工的顶管也逐渐应用到自来水管道，煤气管道、动力电缆、通信电缆和发电厂循环水等众多管道的施工中，顶管施工的范围也由最初的短距离直线施工向长距离、复杂曲线的顶管施工，最初作为特殊施工手段的顶管施工现在也已作为一种常用的施工工艺而广泛地被业主接收。
2 夹砂玻璃钢管顶管的优势
由于顶管施工对管材的刚度、强度及其他物理性能要求比一般地需用管和普通埋地排水管要高的多，顶管施工最初绝大多数选用钢筋混凝土管和少量增强钢管。但是钢筋混凝土管的自身重量较大，韧性较差，故施工较为困难，而且很难克服在施工过程中和安装后的深降地。因此钢筋混凝土管对于长距离特别是地形较复杂的施工就显得无能为力了。为了适应长距离顶管的需要，我国在80年代就已经开发出一种玻璃纤维加强混凝土管，它的抗压强度可达到90MPa~100MPa，是普通顶管的1.5倍左右，近年来，各种加强型材料顶管也纷纷出台，其中玻璃纤维管道和PVC管道甚至已取代小口径的混凝土管或钢管。玻璃钢管道作为高科技产品和新一代环保节能产品，其各方面性能与其他管材相比优点是非常显著的。
首先玻璃钢管道耐腐蚀、防污抗蛀，能抵抗酸、碱、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及多种化学流体的侵蚀。在这一点上，玻璃钢管道是其他任何一种管材都无法比拟的。钢筋混凝土管内外表面都易附着微生物且物以清除，以至增大粗糙率减小过水断面，而玻璃钢夹砂管在避光情况下不会产生或附着微生物，因此无污染，长期使用仍洁净如初。玻璃钢夹砂管优良的抗腐蚀性能使它的使用寿命更加有优势，一般情况下钢筋混凝土管的使用寿命为5~10年，且至少每隔4~5年就需要检修；钢管的寿命约15年；玻璃钢夹砂管的使用寿命可长达50年，且无检修。
其次，玻璃钢管道水力特性好，耐磨损性能良好。这一特性在给排水领域应用尤为突出，玻璃钢管道内表面致密光滑，摩擦阻力和糙率小，能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力。作为顶管的玻璃钢道外表面同样也非常的光滑，在施工过程中可显著减少顶进时的摩擦阻力。
第三，玻璃钢管道自重轻、强度高、运输安装方便，工程安全度高。玻璃钢夹砂管的比重只有刚管的三分之一左右，但其强度和刚度都优于普通刚。这种性能可以很好地克服钢筋混凝土管无法运用的长距离和曲线顶管施工。
第四，玻璃钢管道可设计性、适应性强。玻璃钢管道的轴向环向强度分配、可承爱的内压外压、防腐性能、接头方式、产品形状都可以通过特定工艺根据不同的环境要求灵活设计，使玻璃钢管的应用更为广泛。迄今为止，玻璃钢夹砂管已经广泛地应用在化工、冶金、油田、农林等领域的给排水工程中。
3 玻璃钢夹砂顶管的制作工艺
普通埋地排水玻璃钢夹砂管道一般最大刚度范围在5000~10000N/㎡，其环向拉伸强度300~350MPa，轴向拉伸强度100~150MPa，弯曲强度200~250MPa，压缩强度200MPa。用作顶管的玻璃钢夹砂管道要求刚度一般要求大于15000N/㎡，其轴向环向拉伸强度也要求更高，尤其轴向拉伸强度一般要求大于200 MPa，设计抗压强度也要求大于200 MPa。下面以DN2000、连续推进距离100m左右的顶管为例的工艺设计：
设计管道单根长度3.25m，有效长度约3.0m，设计总厚度为65㎜，制作结构层的缠绕纱纱处片宽度为190~195㎜，缠绕纱股数48~50股，缠绕角55~56°。
3.1工藝铺层
内衬层：中碱表面毡（30g/㎡）1层，中碱针织毡（300g/㎡）1层，网格布（65g/㎡）1层，内衬树脂选用S-902间苯树脂。
结构层：内环向2层，内螺旋5层，次内环向2层，夹砂层5层（各带1环向层），次外环向1层，外螺旋5层，外环向1层（最外层缠绕薄膜）。结构层树脂选用邻苯型树脂，缠绕纱选用无碱无捻粗纱（ER-13-2400TEX）。
加砂层：制作结构层的加砂过程中，管道两端头各留1015㎝不加石英砂，以便制作刚套接口。结构层制作完成后进行固化，固化后两端修整出15㎝左右平端加刚套。
3.2刚度
刚度计算公式：ps=E1/Dm3×106=36543N/㎡
式中：I为惯性距（㎜3）
Dm为管道中径（㎜）
Dm=D+2tl+t2=2068.3（㎜）
刚度计算结果见表1。
表1 计算刚度值
表1中，厚度推算时取纤维比重为2570kg/m3、树脂比重1270 kg/m3、损耗系数1.08，计算刚度按0.95~1.05系数离散34716N/㎡~38370N/㎡。
4 性能检测
管道刚度测试值为38620N/㎡，其轴向拉伸强度为310MPa，环向拉伸强度为440MPa，弯曲强度为270MPa，压缩强度为220MPa，其他各项指标经检测均达到设计要求。
5 结论
玻璃钢夹砂管在国内工程中运用越来越受到广大客户的欢迎，其强度高、自重小以及优良的耐摩性能、光滑的内外表面等性能在工程施工中体现出显著的优势，采用同口径玻璃夹砂管顶管的施工比钢筋混凝土顶管施工减少动力资源约30%~50%，且其长期性能下降率小，无须定期检修，工程长远利益优良，综合效益好。国内也有工程实例，使用的管道口径分别在1500㎜至2200㎜。玻璃钢夹砂管顶管的施工体现出较为明显的快捷、经济的特点。
【参考文献】
[1]郭兵.顶管施工法在大口径玻璃钢夹砂管施工中的监测与分析[J].重庆建筑大学学报,2011(4).
[2]李卓球,陈建中,杨粤.大口径玻璃钢夹砂管的顶力分析与应用[J].中国给水排水,2010(5).
[3]熊旺.大口径玻璃钢夹砂管进行顶管施工的实践[J].中国给水排水,2012(1).
[4]吴学伟,曹晓阳.定长缠绕玻璃钢夹砂管顶管技术的工程应用[J].中国给水排水,2010(14).
[5]郭平,朱枫,杨万和.浅谈泥水平衡机械顶管[J].湖南水利水电,2012(2).