大口径电力管道的应用

摘要：本文以某工程项目为例，介绍了Ф3500钢筋混凝土管在电力隧道工程中的应用，指出了在设计、生产和使用过程中遇到的问题和解决办法。

关键词：混凝土管  顶进  电力 

钢筋混凝土排水管在传统的市政工程行业中有着明显的应用优势，发挥的作用也越来越大，这些都得到了人们的认同，随着生产能力的提高，管规格也越来越大，形状也有所突破，由传统的圆形发展到椭圆形、矩形、甚至是不规则的形状，目前广东省内已经5家生产企业可以做到Φ3500的管道，矩形管道的内尺寸也达到近7米。

近年来，混凝土管道的应用范围也不断扩大，已经不限于雨水、污水的排放系统，随着“城市高压电缆线不准架空”以及“发展综合管廊”等国家政策的出台，更大大促进了大口径混凝土管道在电力隧道工程的应用。笔者在深圳、广州、佛山等地都遇到了类似的工程，在此向同行作简单介绍，希望对同行企业以及行业的发展有参考意义。

一、工程概况

1. 本文以佛山某电力隧道工程为例，并结合之前的工程进行介绍。该工程位于广东省佛山市，工程的目的是要把原先架空的高压线路改迁至地下，设计人员提出了用Φ3500x2500x320 钢筋混凝土管道作为电缆隧道，采用非开挖施工工艺进行隧道的铺设，之后在管内浇筑平台走廊、搭建支架（如下图所示），最终达到高压电缆在地下铺设的目的。

2、整条隧道线路总长超过5000米，共分为4个标段，其中有少部分的Φ2200管，其余全部为Φ3500管，埋深约在9~10米左右，全部采用泥水平衡式机械顶管（包括4段曲线顶管）。顶段的长度设计为200~600米不等，超过250米的增设中继间。

二、设计阶段

在该工程的设计阶段，我们与设计师进行了沟通，对工艺要求进行了分析，结合到管材生产工艺和现行排水管的国家标准要求，提出了一些建议：

1、首先是管材的外压荷载级别问题，设计院要求的是达到III级管（裂缝荷载321kN/m，破坏荷载482 kN/m），在国标GB/T 11836《混凝土和钢筋混凝土排水管》中只给出了最大Φ3000管的参数，而在行标JC/T 640《顶进施工法钢筋混凝土排水管》中最大规格就有Φ3500管的参数，设计取值就是按照这个标准来定的。

2、管材钢筋的配置标准中是没有的，在国家水泥制品协会出版的《钢筋混凝土排水管管体结构尺寸与配筋设计图册》中也只提供到最大Φ3000管的配筋参数。考虑最大覆土厚度10米，根据计算，环筋的直径要达到Φ16mm，这对于当前行业生产设备来说是做不到的，采用手工的焊接不但无法保证钢筋笼的焊接的质量，也过于耗时、耗工，成本非常高。目前，制作钢筋笼的自动滚焊机的焊接能力为Φ12mm的环筋，但可以采用双筋并绕技术（2根环筋并在一起、同时绕焊），这样就解决了采用小直径环筋时间距过小的问题。最后钢筋的配置确定为内外笼直筋均采用48Φ12，内环筋采用2Φ12@100，外环筋采用2Φ10@75，内外环筋均采用双筋并绕，钢筋全部采用冷轧钢筋（见图3、4）。这种处理方法以前在深圳某电站的电缆隧道工程中也有应用，根据等强度代换的原则把原设计的大直径环筋替换为小直径的环筋，从而实现了机械化的生产。

3、考虑到电力管道对防水的要求非常高，设计混凝土强度等级为C50，抗渗等级达到P10，这对于工厂预制构件来说不是难事，但如何确保管节接头的不渗漏？为了达到万无一失，设计采用了多种措施：

首先，普通排水管标准中接头只设置一道密封胶圈，本工程则设计了双密封胶圈的钢承口接头（见图5），增加了一道防水。胶圈采用40x28mm的契形，材料为氯丁橡胶，邵氏硬度45~55，接头处强度大于10MPa。

其次，在钢承口的内侧还设计有一道遇水膨胀胶圈，防止水分沿着钢承口与混凝土之间的缝隙渗入。材料采用缓膨胀橡胶，用202氯丁橡胶黏结剂粘贴在钢承口的内侧（见图6）。

另外，管子的注浆孔和压浆孔等钢铁预埋件都要采取防水措施，设计时采用了焊环板的办法，类似于土建工程中的止水钢带，阻止水分沿注浆孔钢管外侧渗入管内（见图7）。

4、施工面位于城市道路旁边，要穿越3处主干道，为了保证道路的畅通，在顶段长度和顶进线路的设计上都进行了优化，部分顶段为了避开管道、基础等，采用了曲线顶管，顶段的长度也达到600多米。要求在顶进过程中加强注浆润滑处理，视土质变化增设中继间，把顶进力控制在13000kN以内。

5、曾经在其他项目中，设计在管内壁预埋了2道钢圈，电缆支架在管内进行焊接固定，之后再进行防锈处理，但实际上焊接不方便、环境恶劣，而且2年后钢圈锈蚀严重，难以保证效果。所以在本项目中，采用了内壁预埋螺帽（两排各12对，共96支），螺帽采用聚酰胺材料，支架和螺栓则采用不锈钢材料，安装时仅需要拧紧螺栓就可以了，很好地保证了支架不生锈（见图8） 。

三、生产阶段

设计时考虑了种种情况，增加了一些加强措施，但在实际生产过程中能否确保每一项措施的落实将影响到管道的最终质量和工程的安全。所以，在生产阶段仍要注意做好以下几方面的工作：

1、成型过程。

1.1钢筋笼制作：尽管钢筋笼是采用机械滚焊，但内外笼是分开做的，还要组合成一个整体，这时要注意内外笼要同心、间距要均匀，并确保定位准确、钢筋保护层厚度符合设计要求。我们用型钢做一个底座，按设计要求对内外笼进行定位，这样就可以保证焊接成整体后的尺寸准确。另外在预埋螺母及吊装孔、注浆孔等位置有可能会与环向钢筋有冲突，要把钢筋弯曲移位或切断后在旁边加焊补强，不能简单地把该位置的钢筋切断。

1.2 模具安装：本项目管道采用立式振捣成型模具生产，在模具安装前要把内外模清理干净、涂刷脱模剂，钢圈尺寸与底座要配合，防漏胶条要安装到位，防止漏浆。遇水膨胀胶条要粘贴牢固，并按设计要求焊Φ6mm钢筋防护。钢筋笼套入内模后，再加焊钢圈锚固筋，之后安装预埋螺母、注浆孔等。预埋件全部固定好再紧固模具的合缝螺栓，并检查各部位是否合适、牢固、密封。

1.3 混凝土配制：C50、P10的混凝土对于工厂来说难度不大，但对原材料要严格把关，并严格按照设计配合比配料（采用蒸汽养护的不得掺引气型减水剂），这样才能保证混凝土的强度。对于立式振捣工艺，混凝土的塌落度（一般为20~50mm）及和易性很重要，在下料时应分层进行，并保证有2支以上的震动棒同时对称插捣，快下慢上，使整个断面都能振捣充分。对最后500mm高度范围的混凝土可以适当调整配比，增加粗骨料比例，防止最上端混凝土砂浆过多造成局部强度不足。成型后还要在表面混凝土初凝结束时进行端面的二次处理：搓压、抹平及收光。

2、混凝土养护。

2.1 为了保证产品的强度和生产效率，目前大部分厂家都采用蒸汽养护，这的确大大缩短了生产周期，但养护过程也要有所控制，不能操之过急。一般可以分为：静停—升温—恒温—降温 四个阶段，静停阶段时间要足够，最小不得少于1.5小时，升温的速度也不能过块，一般控制在25oC/小时以内，恒温温度约为78~83 oC，时间约为2~4小时，之后可以自然降温，寒冷天气应注意保温、防止混凝土降温过快而出现裂纹。

2.2 蒸养后混凝土强度一般可以达到38~45MPa，可以放在原地、或转移到其他场地继续进行淋水养护，直至达到设计强度为止，一般3~5天就可以。

3、附属配件。

3.1 管道养护完成经检验合格后，在准备出货前还要把附属的配件处理好。首先钢承口侧的凹槽要填满聚硫密封膏，填充时要注意饱满、也不要污染管端面。其次要贴木垫板，因为木板厚重，除了涂胶水粘贴外还要用膨胀螺丝固定（一般每块板不少于2颗）。之后，钢圈及外露的预埋件要涂刷防锈层，设计要求为：环氧富锌底漆2度，每度30µ，环氧沥青面漆2度，每度80µ。最后就是2道密封胶圈，要求在胶圈底面及插口胶圈槽表面都要涂刷胶水，粘贴前应把整条胶圈拉均匀，整个圆周要松紧一致，防止局部过紧压缩量不足、或局部过松造成脱槽。

3.2 为了保护预埋螺母，每一个螺母都要加上塑料盖子。注浆孔、压浆孔都要拧上堵头。

四、工程应用

产品在运到工地使用前，要经过外压荷载和内水压试验，同时对留存的混凝土试块进行强度检验。外压试验架要有足够的强度和高度，按照2.5米长的III级管计算，试验用的加荷设备（千斤顶）最大加荷能力应达到150吨以上。水压试验可以采用两端封堵方式，也可以参考新的试验方法标准采用内水压试验环来进行局部试验。尽管在设计和生产阶段采取了一定的措施和改良，但实际应用时还是遇到了一些问题，在随后的生产过程中也逐一进行了解决。

1、钢圈与管身混凝土的连接位置有松动。这在个别的管节上出现，尽管有遇水膨胀胶圈的阻挡，不一定有渗水的可能，但影响了外观。这主要是钢圈的尺寸偏差或吊起管节时碰撞引起，钢圈过小自然无法安装，若钢圈偏大一点，安装模具时是勉强可以的，但拆模时会出现钢圈外径与管外径相同或更大，由于钢铁材料的弹性比混凝土的要大，就会造成钢圈与混凝土接触的地方离空，所以钢圈板条的下料必须准确，外半径应按设计要求比管子外半径小2mm，同时吊装时应注意，避免钢圈发生碰撞，或把钢圈侧靠在其他物件上进行翻转。

2、注浆孔和吊装孔周边渗水。在试验过程中发现，个别的注浆孔有渗水现象，仔细观察发现水分是沿着预埋钢管的外侧渗进来的，尽管设置了止水钢环板都无法完全有效。为了保证电力管道内滴水不漏，我们又专门订做了一个小的遇水膨胀胶圈，套在注浆孔钢管的外边（见图9），这样才有效地解决了问题。而吊装孔后的渗水则是由于定位钢筋直接顶到了内模具，造成钢筋周边形成了渗透通道，后来我们把定位钢筋切断，不顶在内模具上，而是直接焊在钢筋笼上，之后也没有发生吊装孔后渗漏的现象。  

3、在Φ3500隧道的顶进过程中，施工单位对注浆工序进行了强化，在整个顶进的过程中总的顶力都可以控制在10000kN左右，符合设计要求。曲线顶管也顺利地穿越了道路，管节没有出现破损现象。尽管放置了多个中继间，但由于顶进过程中总顶力没有超过预警范围，所以也没有启动中继间。

五、结束语

此次Φ3500混凝土管道在电力隧道工程的应用可以说是很成功的，尽管在广东省内已经不是第一次使用，但这次应用的经验也使我们对大直径管道的开发和应用有了一个更深的认识，也大大促进了行业的发展。目前该工程已完成了2000多米的隧道工程，部分已经进行了分项验收，正在进行支架安装和其他的配套工程，隧道内没有出现漏水现象，工作环境良好（见图10）。在此抛砖引玉，请同行们不吝赐教。

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