JPCCP管在原水壓力管道頂管中的質量監(jiān)督管理

顧俐格

（上海市水務建設工程安全質量監(jiān)督中心站，上海市　200232）

JPCCP管在原水壓力管道頂管中的質量監(jiān)督管理

顧俐格

（上海市水務建設工程安全質量監(jiān)督中心站，上海市200232）

就超大口徑超長距離JPCCP管首次在上海原水壓力管道頂管工程中的成功應用，結合黃浦江上游水源地某支線工程實例，分析了JPCCP管管材特點及應用于壓力管道及頂管工藝中的關鍵技術，闡述了該類頂管頂進過程中的重要控制環(huán)節(jié)，結合質監(jiān)站監(jiān)督管理工作總結了質量控制的重點，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）全稱為頂管用預應力鋼筒混凝土管，在黃浦江上游水源地某支線工程中首次采用，應用于JN14～JN13和JN14～JN15兩個頂管區(qū)段，管道內徑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。

在我國水源地原水工程中PCCP管多應用于江浙一帶，均為開槽埋管，尚未用于頂管施工工藝，無相關施工經驗可參考借鑒。此外，本工程的超大口徑、超長距離、軟土地質、高水頭內壓等特點，對于管材的管節(jié)形式、制作精度、接口連接、頂進技術等方面提出了較高要求。

2　管材特點及關鍵制作工藝

2.1原水工程常用管材比較

（1）鋼管

我國的大中口徑長距離輸水工程廣泛采用鋼管，鋼管具有抗內壓能力強、整體性好等優(yōu)點，但其接口連接采用焊接，對質量控制要求較高，施工時間相對較長，且管道內、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，且多用于開槽敷設。

（3）JPCCP管

JPCCP管作為一種復合結構管材，能承受較高內壓和外荷載，具有施工便捷、防腐性能好、管材價格相對較低等特點，且無需后期進行內、外防腐處理。但大口徑柔性接口的制作精度及止水效果、接口連接技術以及頂管施工技術的需求還需在傳統PCCP管的基礎上作進一步研究。本工程出于投資及工期的考慮，選用JN14～JN13和JN14～JN15兩個頂程作為JPCCP管的試驗段。

2.2管道結構

本工程的PCCP管需作為壓力管道用于頂管工藝中，因此管道結構較傳統PCCP管也進行了相應的改變。

（1）針對頂管工藝

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

（2）針對壓力管道

本工程的JPCCP管在通水后需承受0.6 MPa的內壓力，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上，傳統的相對精度控制方法已不再適用，本工程采用了絕對精度的控制方式。此外，為了壓力管道后期需要進行的單口打壓試驗及整管水壓試驗，在管體插口型鋼上預設了排氣孔和試壓孔，排氣孔用于試壓之前排出拼管過程中混入接口的空氣，試壓孔用于檢驗管道接口橡膠止水圈密封性及拼管質量，見圖1。

圖1　PCCP管與JPCCP管管道結構比較

3　 JPCCP管施工新增技術

（1）機頭配置

本工程在傳統泥水平衡頂管機的基礎上進行了改造：頂管機在主傳動裝置基礎上還增加周邊傳動裝置，可以在頂進過程中增強切削能力；增設姿態(tài)儀，用于滿足毫米級別的糾偏精度，防止管道線形不佳對接口止水產生影響；頂管機中間還設有人孔，便于在意外情況下出倉檢修；機頭后連接三節(jié)3 m工具管，達到增大糾偏反力的目的；在機頭及每節(jié)工具管后設置退管油缸，以保證頂通后機頭水平向脫離管道。

（2）副頂、副軌設置

為防止拼管過程中橡膠止水圈發(fā)生切壞現象及控制拼管精度，在導軌上增設了副頂和副軌。副頂主要負責前后管承插混凝土面相距180 mm時的緩慢推進以及調整后管的水平方向姿態(tài)，有效防止傳統拼管直接使用后座千斤頂因頂力大、推進速度快而切壞橡膠止水圈。在主軌下方增加副軌（配四個千斤頂）便于調節(jié)拼接時后管垂直方向上的姿態(tài)，從而有效保證后管承插口個方向間隙偏差控制在2 mm以內。

（3）功能性試驗設備配置

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，而拼管及頂進過程中橡膠止水圈易損壞，在拼接完成后和頂進施工后設置了兩次單口打壓試驗及整管打壓試驗對其進行檢驗。因而比傳統功能性試驗增設了適用于DN3000的單口打壓設備及整管打壓試驗時用的鋼悶板與JPCCP管連接用的轉換接頭。

（4）頂進控制設備

在頂進過程中，機頭自身的姿態(tài)決定了頂管的行進路徑，同時還影響著后續(xù)管節(jié)張縫的大小，為防止JPCCP管在頂進時不出現較大的張縫，除頂管機頭內安裝了姿態(tài)儀，及時動態(tài)了解工具管當前的姿態(tài)及行進趨勢外，采用了PLC遠程控制系統控制后座主推千斤頂、中繼間、高壓泵、壓漿泵、排泥泵、工具管等管內設備運轉，并對管內所有設備傳感器數據進行采集、顯示、保存，通過頂管自動化控制，保證管道接口質量。

4　質量監(jiān)督管理要點

（1）管材

要求施工、監(jiān)理企業(yè)配備人員駐場監(jiān)造，重點檢查鋼筒圓度、尺寸、焊接；鋼筋籠使用原材、制作精度；預應力纏絲使用材質、施加預應力；混凝土澆筑模具精度、配比控制、振搗方式、養(yǎng)護管理等各個環(huán)節(jié)的質量控制［1］。

管材運至現場后要求進行進場驗收，主要檢查管節(jié)承插口工作面及鋼環(huán)的外觀質量，工作面是否光滑平整，鋼環(huán)油漆是否涂勻、有無漏漆，對于工作面破損嚴重、無法修補的管節(jié)要求進行退場處理；對管節(jié)承口工作面內徑、插口工作面外徑、管外壁局部圓度等進行實測實量并詳細記錄數據。

設置專用管座進行管道堆放、保護，并將橡膠止水圈置于室內存放，在管道下管前再進行橡膠止水圈安裝并對其外觀進行檢查。

（2）接口連接

管道接口連接時，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，導致管節(jié)接口失效需要重新拼接，要求拼管前對管節(jié)進場實測數據進行篩選，根據井下已有前管承口數據選取合適的后管進行拼接，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。

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

（3）頂進測量

由于JPCCP管鋼筒內壁混凝土厚度較薄，無法打設拉結螺栓進行張縫部位的拉結，一旦軸線出現較大偏差，需要加大糾偏角度時，JPCCP管管節(jié)間張縫將會拉大，導致頂進軸力在管節(jié)接縫處內外重新分配，出現應力集中，嚴重影響接頭止水性能。因此每節(jié)管頂完之后要及時測量掘進機軸線位置及標高偏差情況，在重要頂進部位甚至每頂進一個沖程就需進行一次測量，做到勤測勤糾；糾偏時要嚴格控制糾偏角度，采用小角度及時糾偏［2］，盡可能地避免大角度糾偏引起的橡膠止水圈剪切失效。測量時還需綜合考慮長距離以及管內溫差、濕度、廢氣、光線等對測量精度造成的影響，要求采用高精度自動測量系統，配備專業(yè)技術強的測量人員進行跟蹤測量。

（4）注漿減阻

本工程JN14～JN13段頂程達829.54 m，若管外壁平均摩阻力按1 kPa取值，理論總頂力將達1 100 t，而設計基坑允許頂力僅1 200 t，且在頂力過大情況下JPCCP管外側保護層易與包裹鋼筒的混凝土脫開。在不啟用中繼間的前提下，如何進行有效注漿減阻尤為關鍵。頂進時應重點檢查觸變泥漿配置，注漿壓力及補漿量的控制，尤其對作業(yè)人員的具體操作應進行嚴格檢查。

（5）功能性試驗

a.頂管頂通后再次對管道接口進行單口打壓試驗，方法同接口連接時打壓試驗。

b.對注漿孔、排氣孔、試壓孔進行封堵，并做封堵測試，試驗壓力1.2 MPa，穩(wěn)壓3 min，無壓力降為合格。

c.整管打壓考慮到混凝土管具有吸水性，需做充分試壓前準備工作，將無壓浸泡時間延長至1周以上，再進行1～3 d帶壓浸泡以使管內空氣排凈。隨后采用型鋼支撐悶板對管道進行封堵，進行正式水壓試驗。試驗分為預試驗和主試驗兩個階段：預試驗階段，試驗壓力為設計壓力0.9 MPa（采用運行壓力的1.5倍），穩(wěn)壓30 min，如有壓力降可注水補壓，但不宜高于試驗壓力。主試驗階段，停止注水補壓，在0.9 MPa穩(wěn)壓15 min，允許壓力降不超過0.03 MPa，之后降壓至0.6 MPa（運行壓力）恒壓30 min，無壓力降判斷為合格［3］。為了之后長期運行的考慮，還建議加長運行壓力下的試驗時間，觀察管道壓力變化情況。

5　結語

JN14～JN13和JN14～JN15兩段JPCCP管的成功頂進，對于JPCCP管在軟土地區(qū)的工程應用具有相當重要的參考價值，也為大口徑輸水工程的建設提供了新的方向。本文分析了JPCCP管管材應用于壓力管道及頂管工藝中的關鍵技術，結合安質監(jiān)站的監(jiān)督管理闡述了對管材、接口連接、頂進測量、注漿減阻、功能性試驗等方面的質量控制，為今后同類工程的質量安全監(jiān)管提供參考。

［1］GBT19685-2005，預應力鋼筒混凝土管［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，從事水務工程安全、質量監(jiān)督管理工作。