1842年，在紐約莫霍克安裝了有記錄以來最古老的現(xiàn)代混凝土管道，該管道使用了100多年。混凝土管道中使用鋼筋的概念于1896年首次在法國提出。該技術(shù)于1905年傳入美國，此后被廣泛應(yīng)用于暗渠、下水道、雨水管道和壓力管道的安裝。鋼筋混凝土管(RCP)使用壽命長、強(qiáng)度高、經(jīng)久耐用，是承包商和業(yè)主的經(jīng)濟(jì)之選。
預(yù)制鋼筋混凝土管是進(jìn)行非開挖頂管作業(yè)時(shí)最常用的管道材料，頂管作業(yè)涉及地下深層安裝，傳統(tǒng)的開挖方法無論在環(huán)境上還是經(jīng)濟(jì)上都不可行。
鋼筋混凝土管(RCP)
鋼筋混凝土管（RCP）基本上是混凝土管，但用鋼筋增強(qiáng)了強(qiáng)度和柔韌性，以承受土壤壓力和作用在管道上的其他力。制造鋼筋混凝土管所需的材料包括水泥、骨料、鋼筋和混凝土外加劑，并按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進(jìn)行混合。預(yù)制鋼筋混凝土管被認(rèn)為是最堅(jiān)固的管道之一，可根據(jù)特定的負(fù)載條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
鋼筋混凝土管道的固有強(qiáng)度使其相對獨(dú)立，從而減少了對周圍土壤的依賴。在頂管作業(yè)中，將鋼筋混凝土管道推入地下需要相當(dāng)大的頂力，而它能夠承受這種頂力。北太平洋鐵路公司于1896年在北美首次采用混凝土頂管技術(shù)在鐵路下方安裝排水系統(tǒng)。從那時(shí)起，隨著技術(shù)的進(jìn)步和混凝土中鋼筋的增加，使用頂管方法已可以安裝超大直徑的混凝土管道。
頂管施工工藝
頂管施工需要兩個工作井：一個位于指定路線的起點(diǎn)，另一個位于終點(diǎn)。始發(fā)井是放置頂管設(shè)備及其相關(guān)部件的平臺。工作井后部的主頂裝置提供必要的沖擊面，幫助頂管前進(jìn)。
管道前端的土壤是通過人工挖掘、頂管機(jī) (MTBM) 或隧道掘進(jìn)機(jī) (TBM) 挖掘出來的，具體取決于要頂進(jìn)的管道直徑。當(dāng)需要安裝長距離管道時(shí)，有時(shí)會使用中繼間。這樣可以減少推動管道所需的軸向推力。
管道在頂管機(jī)后面跟隨，設(shè)備殼體還可保護(hù)工人免受落土傷害。頂管機(jī)在接收井吊出，至此整個推進(jìn)過程完成。
頂管上的載荷類型
軸向荷載
管道上的軸向荷載受掘進(jìn)方法、潤滑泥漿類型、管道直徑、土壤摩擦力和管道長度等因素的影響。荷載應(yīng)在管道周圍均勻分布，防止應(yīng)力集中在某些區(qū)域。
管道的橫截面積 (CSA) 通常足以承受頂管作業(yè)時(shí)的壓力，但應(yīng)在頂管前確定管道將遇到的預(yù)期頂力。如果頂力過大，可能需要抗壓強(qiáng)度更高的混凝土管。硬紙板或?qū)嵭灸z合板等緩沖材料將有助于在管道圓周均勻分布壓力。
橫向荷載
如果推進(jìn)框架與管道沒有對齊，就會產(chǎn)生橫向載荷。當(dāng)管道失去其軸線和高程，需要調(diào)整管道重新對齊時(shí)，也會出現(xiàn)橫向載荷。這種行為會在管道的管口和插口端產(chǎn)生剪切載荷。
地質(zhì)和動態(tài)載荷
埋在地下的管道會受到上方土壤的載荷以及可能經(jīng)過管道的來往車輛的影響。所需的管道強(qiáng)度取決于土壤覆蓋深度、土壤質(zhì)量、超挖和動態(tài)載荷等因素。超挖通常在推進(jìn)操作完成后進(jìn)行灌漿。
管材特性
頂管作業(yè)所需的管材應(yīng)符合規(guī)定的材料和制造標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)確保鋼筋籠為圓形而非橢圓形。頂管作業(yè)中使用的管道需遵守以下要求：
鋼筋混凝土頂管應(yīng)能承受工程要求的外壓荷載和內(nèi)水壓力，其指標(biāo)應(yīng)滿足GB/T 11836 和設(shè)計(jì)要求；
應(yīng)滿足頂進(jìn)施工設(shè)計(jì)的管材允許頂力要求；
鋼筋混凝土頂管的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C45，混凝土抗?jié)B級別不應(yīng)低于P8或滿足施工設(shè)計(jì)要求；
鋼筋混凝土頂管的端部應(yīng)平整、垂直，長度方向應(yīng)保證平直度。端面傾斜允許偏差符合要求，頂管產(chǎn)品質(zhì)量執(zhí)行GB/T 11836-2023《混凝土和鋼筋混凝土排水管》國家標(biāo)準(zhǔn)。
總結(jié)
使用頂管等非開挖方法鋪設(shè)管道已經(jīng)無需對地面開膛破肚。眾所周知，開挖施工會占用大量空間，影響地區(qū)經(jīng)濟(jì)和生活。當(dāng)需要避免地面干擾時(shí)，例如在堤壩、機(jī)場或高速公路下安裝管道時(shí)，以及安裝深度較深時(shí)，都可以使用頂管施工法來安裝RCP管道。
鋼筋混凝土管道的高強(qiáng)度十分適用于頂管作業(yè)，因?yàn)?/span>它能夠承受將管道向前推進(jìn)的巨大頂力。它的另一個優(yōu)點(diǎn)是，由于外表面光滑，摩擦阻力小，因此使用RCP管道不易偏離軸線和坡度。
鋼筋混凝土管道的固有強(qiáng)度能夠承受土壤覆蓋所施加的靜載荷，以及經(jīng)過管道上方的車輛等物體所施加的動載荷。
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