顧俐格

（上海市水務(wù)建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督中心站，上海市　200232）

JPCCP管在原水壓力管道頂管中的質(zhì)量監(jiān)督管理

顧俐格

（上海市水務(wù)建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督中心站，上海市200232）

就超大口徑超長(zhǎng)距離JPCCP管首次在上海原水壓力管道頂管工程中的成功應(yīng)用，結(jié)合黃浦江上游水源地某支線工程實(shí)例，分析了JPCCP管管材特點(diǎn)及應(yīng)用于壓力管道及頂管工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，闡述了該類頂管頂進(jìn)過(guò)程中的重要控制環(huán)節(jié)，結(jié)合質(zhì)監(jiān)站監(jiān)督管理工作總結(jié)了質(zhì)量控制的重點(diǎn)，為今后類似工程起了借鑒作用。

JPCCP管；壓力管道；頂管

1　工程背景

JPCCP管（Jacking-Prestressed Concrete Cylinder Pipe）全稱為頂管用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，在黃浦江上游水源地某支線工程中首次采用，應(yīng)用于JN14～JN13和JN14～JN15兩個(gè)頂管區(qū)段，管道內(nèi)徑3 000 mm，壁厚300 mm，兩段頂程分別為829.54 m和273.27 m，均為直線頂進(jìn)。

在我國(guó)水源地原水工程中PCCP管多應(yīng)用于江浙一帶，均為開(kāi)槽埋管，尚未用于頂管施工工藝，無(wú)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)可參考借鑒。此外，本工程的超大口徑、超長(zhǎng)距離、軟土地質(zhì)、高水頭內(nèi)壓等特點(diǎn)，對(duì)于管材的管節(jié)形式、制作精度、接口連接、頂進(jìn)技術(shù)等方面提出了較高要求。

2　管材特點(diǎn)及關(guān)鍵制作工藝

2.1原水工程常用管材比較

（1）鋼管

我國(guó)的大中口徑長(zhǎng)距離輸水工程廣泛采用鋼管，鋼管具有抗內(nèi)壓能力強(qiáng)、整體性好等優(yōu)點(diǎn)，但其接口連接采用焊接，對(duì)質(zhì)量控制要求較高，施工時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且管道內(nèi)、外壁需做除銹和防腐處理。

（2）球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有較好延展性及防腐能力，其承插式柔性接口具有較好的止水及抗震能力，但因其制作工藝及制作成本，一般選用DN1400以下，且多用于開(kāi)槽敷設(shè)。

（3）JPCCP管

JPCCP管作為一種復(fù)合結(jié)構(gòu)管材，能承受較高內(nèi)壓和外荷載，具有施工便捷、防腐性能好、管材價(jià)格相對(duì)較低等特點(diǎn)，且無(wú)需后期進(jìn)行內(nèi)、外防腐處理。但大口徑柔性接口的制作精度及止水效果、接口連接技術(shù)以及頂管施工技術(shù)的需求還需在傳統(tǒng)PCCP管的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步研究。本工程出于投資及工期的考慮，選用JN14～JN13和JN14～JN15兩個(gè)頂程作為JPCCP管的試驗(yàn)段。

2.2管道結(jié)構(gòu)

本工程的PCCP管需作為壓力管道用于頂管工藝中，因此管道結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)PCCP管也進(jìn)行了相應(yīng)的改變。

（1）針對(duì)頂管工藝

鋼筋籠外側(cè)砂漿保護(hù)層改為現(xiàn)澆混凝土保護(hù)層，一方面可減小頂進(jìn)過(guò)程中的摩阻力；另一方面可以使外層鋼筋混凝土保護(hù)層與內(nèi)部包覆鋼筒的鋼筋混凝土層在頂進(jìn)過(guò)程中承受相同壓應(yīng)力，達(dá)到防止外側(cè)保護(hù)層脫開(kāi)的目的。在插口鋼環(huán)上設(shè)置了注漿孔，適用于頂管頂進(jìn)過(guò)程中的注漿減阻技術(shù)。在接口處設(shè)置擋砂環(huán)和膠圈，接口改為雙承插式接口，以有效避免頂管過(guò)程中夾入的泥砂影響接口密封性。

（2）針對(duì)壓力管道

本工程的JPCCP管在通水后需承受0.6 MPa的內(nèi)壓力，加之使用于DN3000超大口徑管道，在管道圓度、接口尺寸偏差等管道制作控制指標(biāo)上，傳統(tǒng)的相對(duì)精度控制方法已不再適用，本工程采用了絕對(duì)精度的控制方式。此外，為了壓力管道后期需要進(jìn)行的單口打壓試驗(yàn)及整管水壓試驗(yàn)，在管體插口型鋼上預(yù)設(shè)了排氣孔和試壓孔，排氣孔用于試壓之前排出拼管過(guò)程中混入接口的空氣，試壓孔用于檢驗(yàn)管道接口橡膠止水圈密封性及拼管質(zhì)量，見(jiàn)圖1。

圖1　PCCP管與JPCCP管管道結(jié)構(gòu)比較

3　 JPCCP管施工新增技術(shù)

（1）機(jī)頭配置

本工程在傳統(tǒng)泥水平衡頂管機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造：頂管機(jī)在主傳動(dòng)裝置基礎(chǔ)上還增加周邊傳動(dòng)裝置，可以在頂進(jìn)過(guò)程中增強(qiáng)切削能力；增設(shè)姿態(tài)儀，用于滿足毫米級(jí)別的糾偏精度，防止管道線形不佳對(duì)接口止水產(chǎn)生影響；頂管機(jī)中間還設(shè)有人孔，便于在意外情況下出倉(cāng)檢修；機(jī)頭后連接三節(jié)3 m工具管，達(dá)到增大糾偏反力的目的；在機(jī)頭及每節(jié)工具管后設(shè)置退管油缸，以保證頂通后機(jī)頭水平向脫離管道。

（2）副頂、副軌設(shè)置

為防止拼管過(guò)程中橡膠止水圈發(fā)生切壞現(xiàn)象及控制拼管精度，在導(dǎo)軌上增設(shè)了副頂和副軌。副頂主要負(fù)責(zé)前后管承插混凝土面相距180 mm時(shí)的緩慢推進(jìn)以及調(diào)整后管的水平方向姿態(tài)，有效防止傳統(tǒng)拼管直接使用后座千斤頂因頂力大、推進(jìn)速度快而切壞橡膠止水圈。在主軌下方增加副軌（配四個(gè)千斤頂）便于調(diào)節(jié)拼接時(shí)后管垂直方向上的姿態(tài)，從而有效保證后管承插口個(gè)方向間隙偏差控制在2 mm以內(nèi)。

（3）功能性試驗(yàn)設(shè)備配置

管道的密封性能主要依靠接口處雙道O型橡膠止水圈發(fā)揮作用，而拼管及頂進(jìn)過(guò)程中橡膠止水圈易損壞，在拼接完成后和頂進(jìn)施工后設(shè)置了兩次單口打壓試驗(yàn)及整管打壓試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。因而比傳統(tǒng)功能性試驗(yàn)增設(shè)了適用于DN3000的單口打壓設(shè)備及整管打壓試驗(yàn)時(shí)用的鋼悶板與JPCCP管連接用的轉(zhuǎn)換接頭。

（4）頂進(jìn)控制設(shè)備

在頂進(jìn)過(guò)程中，機(jī)頭自身的姿態(tài)決定了頂管的行進(jìn)路徑，同時(shí)還影響著后續(xù)管節(jié)張縫的大小，為防止JPCCP管在頂進(jìn)時(shí)不出現(xiàn)較大的張縫，除頂管機(jī)頭內(nèi)安裝了姿態(tài)儀，及時(shí)動(dòng)態(tài)了解工具管當(dāng)前的姿態(tài)及行進(jìn)趨勢(shì)外，采用了PLC遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)控制后座主推千斤頂、中繼間、高壓泵、壓漿泵、排泥泵、工具管等管內(nèi)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)管內(nèi)所有設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、顯示、保存，通過(guò)頂管自動(dòng)化控制，保證管道接口質(zhì)量。

4　質(zhì)量監(jiān)督管理要點(diǎn)

（1）管材

要求施工、監(jiān)理企業(yè)配備人員駐場(chǎng)監(jiān)造，重點(diǎn)檢查鋼筒圓度、尺寸、焊接；鋼筋籠使用原材、制作精度；預(yù)應(yīng)力纏絲使用材質(zhì)、施加預(yù)應(yīng)力；混凝土澆筑模具精度、配比控制、振搗方式、養(yǎng)護(hù)管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制［1］。

管材運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后要求進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，主要檢查管節(jié)承插口工作面及鋼環(huán)的外觀質(zhì)量，工作面是否光滑平整，鋼環(huán)油漆是否涂勻、有無(wú)漏漆，對(duì)于工作面破損嚴(yán)重、無(wú)法修補(bǔ)的管節(jié)要求進(jìn)行退場(chǎng)處理；對(duì)管節(jié)承口工作面內(nèi)徑、插口工作面外徑、管外壁局部圓度等進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量并詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)。

設(shè)置專用管座進(jìn)行管道堆放、保護(hù)，并將橡膠止水圈置于室內(nèi)存放，在管道下管前再進(jìn)行橡膠止水圈安裝并對(duì)其外觀進(jìn)行檢查。

（2）接口連接

管道接口連接時(shí)，前后2節(jié)管承口接口精度偏差大于2 mm就易切壞橡膠止水圈，導(dǎo)致管節(jié)接口失效需要重新拼接，要求拼管前對(duì)管節(jié)進(jìn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，根據(jù)井下已有前管承口數(shù)據(jù)選取合適的后管進(jìn)行拼接，以盡量保證前后管承插口各方向間隙偏差都在合理拼接的2 mm內(nèi)。

采用副頂、副軌緩慢推進(jìn)，調(diào)整前后管姿態(tài)進(jìn)行拼接，拼接完成后進(jìn)行單口打壓試驗(yàn)。在完成排氣、密封試壓孔后，加壓至1.8 MPa試驗(yàn)壓力恒壓3 min，無(wú)明顯壓力降及接口滲水判斷為合格。如在加壓過(guò)程中，無(wú)法達(dá)1.8 MPa并穩(wěn)壓，則表明管道的接口密封失效，要進(jìn)行拔管重新對(duì)接。重新對(duì)接前還要求更換使用過(guò)的橡膠止水圈，對(duì)接完成后再次進(jìn)行單口打壓試驗(yàn)。

（3）頂進(jìn)測(cè)量

由于JPCCP管鋼筒內(nèi)壁混凝土厚度較薄，無(wú)法打設(shè)拉結(jié)螺栓進(jìn)行張縫部位的拉結(jié)，一旦軸線出現(xiàn)較大偏差，需要加大糾偏角度時(shí)，JPCCP管管節(jié)間張縫將會(huì)拉大，導(dǎo)致頂進(jìn)軸力在管節(jié)接縫處內(nèi)外重新分配，出現(xiàn)應(yīng)力集中，嚴(yán)重影響接頭止水性能。因此每節(jié)管頂完之后要及時(shí)測(cè)量掘進(jìn)機(jī)軸線位置及標(biāo)高偏差情況，在重要頂進(jìn)部位甚至每頂進(jìn)一個(gè)沖程就需進(jìn)行一次測(cè)量，做到勤測(cè)勤糾；糾偏時(shí)要嚴(yán)格控制糾偏角度，采用小角度及時(shí)糾偏［2］，盡可能地避免大角度糾偏引起的橡膠止水圈剪切失效。測(cè)量時(shí)還需綜合考慮長(zhǎng)距離以及管內(nèi)溫差、濕度、廢氣、光線等對(duì)測(cè)量精度造成的影響，要求采用高精度自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，配備專業(yè)技術(shù)強(qiáng)的測(cè)量人員進(jìn)行跟蹤測(cè)量。

（4）注漿減阻

本工程JN14～JN13段頂程達(dá)829.54 m，若管外壁平均摩阻力按1 kPa取值，理論總頂力將達(dá)1 100 t，而設(shè)計(jì)基坑允許頂力僅1 200 t，且在頂力過(guò)大情況下JPCCP管外側(cè)保護(hù)層易與包裹鋼筒的混凝土脫開(kāi)。在不啟用中繼間的前提下，如何進(jìn)行有效注漿減阻尤為關(guān)鍵。頂進(jìn)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查觸變泥漿配置，注漿壓力及補(bǔ)漿量的控制，尤其對(duì)作業(yè)人員的具體操作應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

（5）功能性試驗(yàn)

a.頂管頂通后再次對(duì)管道接口進(jìn)行單口打壓試驗(yàn)，方法同接口連接時(shí)打壓試驗(yàn)。

b.對(duì)注漿孔、排氣孔、試壓孔進(jìn)行封堵，并做封堵測(cè)試，試驗(yàn)壓力1.2 MPa，穩(wěn)壓3 min，無(wú)壓力降為合格。

c.整管打壓考慮到混凝土管具有吸水性，需做充分試壓前準(zhǔn)備工作，將無(wú)壓浸泡時(shí)間延長(zhǎng)至1周以上，再進(jìn)行1～3 d帶壓浸泡以使管內(nèi)空氣排凈。隨后采用型鋼支撐悶板對(duì)管道進(jìn)行封堵，進(jìn)行正式水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)分為預(yù)試驗(yàn)和主試驗(yàn)兩個(gè)階段：預(yù)試驗(yàn)階段，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力0.9 MPa（采用運(yùn)行壓力的1.5倍），穩(wěn)壓30 min，如有壓力降可注水補(bǔ)壓，但不宜高于試驗(yàn)壓力。主試驗(yàn)階段，停止注水補(bǔ)壓，在0.9 MPa穩(wěn)壓15 min，允許壓力降不超過(guò)0.03 MPa，之后降壓至0.6 MPa（運(yùn)行壓力）恒壓30 min，無(wú)壓力降判斷為合格［3］。為了之后長(zhǎng)期運(yùn)行的考慮，還建議加長(zhǎng)運(yùn)行壓力下的試驗(yàn)時(shí)間，觀察管道壓力變化情況。

5　結(jié)語(yǔ)

JN14～JN13和JN14～JN15兩段JPCCP管的成功頂進(jìn)，對(duì)于JPCCP管在軟土地區(qū)的工程應(yīng)用具有相當(dāng)重要的參考價(jià)值，也為大口徑輸水工程的建設(shè)提供了新的方向。本文分析了JPCCP管管材應(yīng)用于壓力管道及頂管工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合安質(zhì)監(jiān)站的監(jiān)督管理闡述了對(duì)管材、接口連接、頂進(jìn)測(cè)量、注漿減阻、功能性試驗(yàn)等方面的質(zhì)量控制，為今后同類工程的質(zhì)量安全監(jiān)管提供參考。

［1］GBT19685-2005，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管［S］.

［2］DG/TJ08-2049-2008，頂管工程施工規(guī)程［S］.

［3］GB50258-2008，給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

TU992.23

B

1009-7716（2016）06-0257-03

2016-03-29

顧俐格（1989-），女，上海人，助理工程師，從事水務(wù)工程安全、質(zhì)量監(jiān)督管理工作。