摘　要：本文介紹了離心澆鑄玻璃鋼夾砂管的特點及有關頂力、偏角、管剛度、徑向變形等參數的計算方法，寧波梅山島鹽田大道污水干管頂管工程中嘗試采用了離心澆鑄玻璃鋼夾砂管，該工程的實施為今后玻璃鋼夾砂管在海涂等腐蝕地基中的設計、施工提供了一定經驗。
　　關鍵詞：離心澆鑄玻璃鋼夾砂管；頂力；偏角；管剛度；徑向變形
　　在城市排污工程的建設中，所選取排污管材的性能優劣將直接影響城市排污系統的可靠性和安全性。鋼筋混凝土管等傳統管材及其施工工藝由于其本身固有的一些缺點，已難以適應城市發展的需要。因此,逐步淘汰傳統管材，大力推廣璃鋼夾砂管等新型管材，既符合節能環保政要求，又提高工程的技術、經濟等綜合效益，成為城市發展的必然趨勢。由于璃鋼夾砂管等新型管材相對傳統管材在造價上較高、施工單位缺少實際施工經驗等因素影響下，并未大規模使用。而根據建設工程的實際特點和需要，有針對性的使用璃鋼夾砂管是提高工程設計施工質量、滿足工程使用要求的需要。
　　目前在城市市政排水工程中使用的玻璃鋼夾砂管有兩種，一種采用離心澆鑄工藝。另一種采用纏繞成型工藝。本文根據工程實際使用情況，介紹的是離心澆鑄玻璃鋼夾砂管，因為該管除具有一般玻璃鋼夾砂管的優良性能外，獨特的離心澆鑄工藝使其具有管壁質地密實、均勻、強度高的優點。因此多采用于高填土、地面荷載大和縱向受力大的場所，頂管施工是其中之一。用離心澆鑄玻璃鋼夾砂管作為頂管，在美國和加拿大等發達已經非常普遍，目前我國已在浙江上虞、臨海、椒江和上海等沿海較發達地區推廣用于頂管工程。
　　1 工程設計概況
　　 寧波梅山島鹽田大道污水頂管，位于鹽場、灘涂下。管道工作環境位于鹽堿土質、地下海水侵蝕區域，選擇一種合適的管材使其具有優異的耐腐蝕性能, 經過與鋼筋砼管、PE管其它管材比較，離心澆鑄玻璃鋼夾砂管是一種佳的選擇。因為該管具有輕質高強、輸送流量大、安裝方便、施工周期短及綜合投資效益突出等優點。
　　 鹽田大道新建污水干管（管徑DN800），全長約1295米，DN800頂管大覆土深度約5米。區段頂進長度根據污水預留管位置需要大為124m。根據地質資料分析，管道在淤泥質粉質粘土中頂進，土質具有流塑狀態。高壓縮性、含粉粒團的特點。沿線污水干管設置10個沉井，其中5個500×700cm工作井，5個300×500cm接收井，均采用鋼筋混凝土沉井。管道頂進采用全斷面切削的泥水平衡頂管機。管道頂進時采用觸變泥漿減阻。
　　2 頂管計算
　　2.1 頂力
　　 ①工具管正面阻力F1：
　　 泥水平衡頂管機正面阻力可按以下計算：
　　 F1=πD2γ
　　 =3.1416x0.822x17.7x5
　　 =47kN
　　 式中： D 為工具管外徑 取D=0.82m
　　 γ 為土的重度取γ=17.7 kN/ m3
　　 為管頂覆土深度 取=5m
　　 ②管道單位摩阻力：
　　 F2=πDf
　　 =3.1416×0.82×5 =12.88 kN/m
　　式中：取平均摩阻力f=5kN/m2
　　 ③總頂力
　　 F=F1+F2xL
　　 =43+12.88×124=1640Kn
　　 L為頂管長度 取L=124m
　　 設計頂力定為1650kN。
　　2.2 壁厚
　　 本工程按無中繼環計算管壁厚度，并根據離心澆鑄玻璃鋼夾砂管允許頂力公式計算管壁厚度S5:
　　 P=xxδa
　　其中：P 為設計頂力取P=1650 KN
　　 k 為綜合安全系數取k=3.5
　　 d3 為管外徑取d3=820mm
　　 Zt 為外層加工深度（采用不銹鋼套筒） 取Zt =5mm
　　 T 為密封圈槽深 取T=6mm
　　 S5 為管壁厚（內襯層厚度除外）
　　 δa 為管材壓縮強度取δa=90 MPa。
　　 通過計算，DN800離心澆鑄玻璃鋼夾砂管有效壁厚為S5=37mm，加上內襯層厚度2mm，設計壁厚確定為39mm。
　　2.3 允許偏角
　　 這里，偏角是指相鄰管段間的偏轉角，即無頂力時管段間的張開角。允許偏角是指在允許大頂力作用下接頭上沒有縫隙，同時傳力面的邊緣達到大允許應力的大偏角。
　　 允許偏角可按下式計算：
　　tanα=x=x=0.0105
　　 α=0.60°
　　式中：為管材小極限應變 取=0.5%
　　 L為管段長度 取L=3.00 m
　　 d3為管道外徑 取 d3=0.82 m
　　 偏角超過允許值頂力就要折減，下圖表示不同偏角下的頂力折減情況。
　　
　　離心澆鑄玻璃鋼纖維管允許頂力和偏角α的關系圖
　　 只要管道頂進偏差在規范允許范圍內，偏角一般不會超過允許值。所以玻璃鋼頂管一般在傳力面上不需要用墊片。只有頂進偏差超過規范允許值，為了不使接頭傳力面上的應力不超過允許值，才有需要增加墊片。也就是說玻璃鋼頂管，對一流的施工隊伍來說是可以不用接頭墊片的。
　　2.4 管剛度和徑向變形
　　2.4.1計算環剛度
　　 根據管材允許頂力計算出DN800頂管管壁總厚度39mm，
　　 由公式S0=x，取=10800 MPa , S0=96827 N/m2。取初始環剛度值SN為97000N/m2 。
　　2.4.2 確定初始變形和長期許用變形
　　 根據ISO10639標準，初始撓曲水平A=%=4.2%。參考《埋地給水排水玻璃纖維增強熱固性樹脂夾砂管管道工程施工及驗收規程》CECS129：2001。
　　 SN10000管道初始撓曲水平A為9%，長期許用變形為5%，初始變形為3%。
　　 推算，SN97000管道初始撓曲水平A為4.2%，長期許用變形為2.3%，初始變形為1.4%。
　　 初始許用變形為：（820-39）×1.4%=10.9mm。
　　 長期許用變形為：（820-39）×2.3%=18.0mm。
　　2.4.2 環剛度和變形的驗算
　　 ①地面載荷產生的管頂豎向壓力（按兩個輪壓計算）
　　 =
　　 =
　　 =3.18KN/ m2
　　式中：為動力系數（取1.0）,
　　 n為多排輪壓傳遞至管頂壓力標準值（取2x2x70KN）,
　　 為車輪著地分布長度（取0.2m），
　　 為車輪著地分布寬度（取0.6m），
　　 為沿車輪著地分布寬度方向，相鄰車輪間的凈距（取1.4m），
　　 為沿車輪著地分布長度方向，相鄰車輪間的凈距（取1.8m），
　　 ②管頂豎向土壓力
　　 =X=17x5x820x10-3=69.7 KN/ m
　　式中：為回填土的重力密度（取17KN/m3），
　　 為管道的外壁直徑（取820mm），
　　 ③根據《給水排水工程埋地玻璃纖維增強塑料夾砂管道結構設計規程》，管道大豎向變形值
　　 =
　　 =
　　 ==6.69mm<18.0mm
　　式中：為變形滯后效應系數（取1.3），
　　 為管頂單位面積豎向土壓力標準值（取69.7 KN/ m2），
　　 為地面作用傳遞至管頂壓力的準永久值系數（取0.5），
　　 為地面作用傳遞至管頂的壓力標準值（取3.18 KN/ m2），
　　 為豎向壓力作用下管道的豎向變形系數（取0.079），
　　 為管側土體綜合變形模量（取2.0Mpa）
　　 由計算可知，管道大豎向變形值小于長期許用變形值。
　　 ④豎向變形
　　 對頂進長度為120米的一段頂管施工完后，測量徑向變形數據如下：
　　3 結束語
　　 因玻璃鋼夾砂管具有抗化學腐蝕、抗電腐蝕、流量大、壽命長的特點，該管又具有頂管施工所期望的管壁摩阻力小，運輸方便、縱向頂力大的優點，所以特別適合在沿海地區需要抗腐蝕要求高的地方使用。
　　 根據梅山島鹽田大道的污水主干管頂管施工過程來看，管道施工偏差均在規范允許范圍內，觸變泥漿減阻效果也很好，管道實際頂力均未超過允許頂力。管道頂進施工速度快，加快了工程進度，取得了較好的施工效益，為今后的排污工程使用玻璃鋼夾砂管積累了設計和施工的實際經驗。