一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管，包括內(nèi)層鋼筒、外層鋼筒、增強結(jié)構(gòu)、混凝土填充結(jié)構(gòu)、外層混凝土層、內(nèi)層混凝土層；所述增強結(jié)構(gòu)設(shè)于內(nèi)層鋼筒和外層鋼筒之間，所述增強結(jié)構(gòu)具體為纏繞內(nèi)層鋼筒外并與內(nèi)層鋼筒和外層鋼筒焊接固定的鋼帶，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)位于內(nèi)層鋼筒、外層鋼筒和增強結(jié)構(gòu)之間的空隙中；所述外層混凝土層中還設(shè)有犧牲陽極和鋼支腿，所述犧牲陽極與外層混凝土層的接觸面設(shè)有絕緣涂層。本實用新型抗腐蝕效果好，經(jīng)久耐用，制作過程簡單，在滿足剛度和強度的同時降低重量和生產(chǎn)成本，具有較大的社會和經(jīng)濟價值。
【專利說明】—種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于市政、工業(yè)、礦業(yè)等用管道領(lǐng)域，特別提供一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴大，越來越多的城市出現(xiàn)供水、排水困難。建設(shè)大規(guī)模輸水工程已經(jīng)刻不容緩，采用管道鋪設(shè)輸水管線是必須的選擇方案。目前，可供選擇的管線有鋼管、混凝土管、鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力混凝土管。其中，管壁內(nèi)不配置鋼構(gòu)的混凝土管的最大公稱內(nèi)徑只有600_，只適合小供排量場合應(yīng)用，大規(guī)模輸水工程必須選擇其他幾種管道。選擇管道時考慮的主要因素有:安全可靠程度、建設(shè)及維護成本兩個方面。
[0003]鋼管自重輕、剛度大，但成本高、易受環(huán)境腐蝕，后期維護費用高。為降低工程造價，建設(shè)者當(dāng)前更多的是選用鋼和混凝土復(fù)合的管道。除了造價低外，兩種材料相互彌補了彼此的弱點，發(fā)揮各自的長處，從而使鋼/混凝土復(fù)合管具有很高的承載能力，一般都高于組成管道的鋼和混凝土單獨承載力之和。另外，由于混凝土自身的堿性可以使得鋼表面發(fā)生鈍化，大大提高了混凝土中鋼的耐腐蝕性。
[0004]但是，目前已有制作和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的鋼構(gòu)混凝土管又存在著不足，制約著應(yīng)用。目前鋼構(gòu)混凝土管中的鋼材大都采用高強度鋼，目的是提高承載能力以及降低自重。如《頂管用鋼筋混凝土管標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的螺紋鋼筋應(yīng)滿足《JC/T540》，規(guī)定所用螺紋鋼最低屈服強度為550MPa。而預(yù)應(yīng)力混凝土管(PCCP)中的冷拔鋼絲的屈服強度一般在1550MPa以上，按照國際鋼鐵協(xié)會用材料力學(xué)性能——強度來分類，這類鋼構(gòu)屬于高強鋼(270——700MPa)和超高強鋼(>700MPa)。實踐表明，這類鋼對應(yīng)力腐蝕開裂敏感。應(yīng)力腐蝕開裂是材料在應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用下引起的開裂，這是應(yīng)力與腐蝕聯(lián)合作用的結(jié)果。如果只有一個方面，應(yīng)力或者介質(zhì)作用，開裂破壞不會發(fā)生，但當(dāng)二者聯(lián)合作用時，卻能很快發(fā)生開裂。因此，發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂時，應(yīng)力可能是很低的，介質(zhì)的腐蝕性可能也是很弱的，也正由于如此，應(yīng)力腐蝕開裂經(jīng)常受到忽視，導(dǎo)致意外事故不斷發(fā)生。普通碳鋼通常在特定的工業(yè)環(huán)境中發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，而高強鋼則在自然環(huán)境中、如雨水、海水中即可發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。另外，由于近代工業(yè)的發(fā)展，材料工作環(huán)境越來越苛刻，應(yīng)力腐蝕問題也日益突出。
[0005]以目前標(biāo)準(zhǔn)制作的、采用高強鋼結(jié)構(gòu)的混凝土管在其混凝土逐步失效的情況下，風(fēng)險會不斷增加。而現(xiàn)階段對大規(guī)模輸運工程、如輸水管線的耐久性要求也較以往有很大提高，從20-30年提高至50-100年，因此，亟需發(fā)展耐久性更好的管材以滿足要求。
[0006]另外，對于大口徑、埋地較深、長距離的頂管管線，陰極保護面臨需要迫切解決的難題:
[0007]對于頂管管線的結(jié)構(gòu)，陰極保護工作者首先會想到利用工作井作為犧牲陽極的饋電點。但是輸水管線為目前單次頂進距離較長，最長的兩個工作井之間的距離近可達(dá)數(shù)公里。由于陰極保護采用犧牲陽極，而犧牲陽極的保護距離較強制電流小，用工作井作為饋電僅能滿足工作井附較短管線的陰極保護，也就是說，管線中間必須增加饋電點。但是管線埋地如此之深，又不允許進行開挖施工，如何實現(xiàn)管線饋電成為首要技術(shù)難題。
[0008]在已公開的鋼質(zhì)頂管陰極保護中，采用從地表鉆孔遙控焊接的方法將導(dǎo)電電纜焊接在鋼管表面。在焊接過程中焊接產(chǎn)生的電火花有能力穿透鋼管表面的涂層，從而使得電纜前方焊點與鋼管外壁焊接在一起。而對于外表由較厚的混凝土包裹的頂管，電火花不能透過這層混凝土而融化鋼管外壁金屬來焊接饋電電纜。如果從地表鉆孔遙控焊接電纜，則只能選擇管道的承接口。但承接口處的鋼長度太短，難以準(zhǔn)確地從地表實施。另外，采用頂管的目的是為了不破壞地表及地下的基礎(chǔ)設(shè)施，從地表進行施工進行陰極保護自然會受到很多限制，因此無法從地表進行陰極保護施工。
實用新型內(nèi)容
[0009]本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型放棄高強度鋼、而采用普通碳鋼材料以增加其耐腐蝕性，為保證其強度，從鋼構(gòu)混凝土復(fù)合管的鋼結(jié)構(gòu)方式上進行改革，并考慮到陰極保護的問題，提供一種高強度、耐腐蝕、低成本、低重量的帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管。
[0010]本實用新型的技術(shù)方案是:一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管，所述大口徑給、排水管頂管包括內(nèi)層鋼筒1、外層鋼筒2、增強結(jié)構(gòu)3、混凝土填充結(jié)構(gòu)4、外層混凝土層5、內(nèi)層混凝土層6 ;所述增強結(jié)構(gòu)3設(shè)于內(nèi)層鋼筒I和外層鋼筒2之間，所述增強結(jié)構(gòu)3具體為纏繞內(nèi)層鋼筒I外并與內(nèi)層鋼筒I和外層鋼筒2焊接固定的鋼帶，所述內(nèi)層混凝土層6設(shè)于內(nèi)層鋼筒I內(nèi)部，所述外層混凝土層5設(shè)于外層鋼筒2外部，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)4位于內(nèi)層鋼筒1、外層鋼筒2和增強結(jié)構(gòu)3之間的空隙中；所述外層混凝土層5中還設(shè)有犧牲陽極7和鋼支腿8，所述鋼支腿8焊接在外層鋼筒2外表面，所述犧牲陽極7通過鋼支腿8與外層鋼筒2連接，所述犧牲陽極7為弧形，所述犧牲陽極7的外表面與外層混凝土層5的外表面處于同一曲面，所述犧牲陽極7與外層混凝土層5的接觸面設(shè)有絕緣涂層9。
[0011]以往鋼質(zhì)頂管的陰極保護在頂管施工頂進到位后進行，因為鋼質(zhì)頂管外壁沒有犧牲陽極的搭載平臺，如果焊接在鋼管外，犧牲陽極會增加頂進推力，且容易在頂進過程中脫落。本實用新型與以往鋼質(zhì)頂管的陰極保護方式不同，將犧牲陽極7鑲嵌入外層混凝土層5中，在頂管實施時將犧牲陽極7 —同送入指定位置。
[0012]優(yōu)選的，所述絕緣涂層9具體為無溶劑環(huán)氧耐久性涂層。所述無溶劑環(huán)氧耐久性涂層為甲組分和乙組分按重量比為10:3的比例均勻混合而成，所述甲組分為環(huán)氧樹脂、二氧化鈦、硅酸鈣、二氧化硅、氧化鈣、液態(tài)聚硫橡膠六種材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而成，所述乙組分為曼尼希胺、硅酸鈣、二氧化硅、氧化鈣四種材料按重量比3:1:1:1的比例混合而成。無溶劑環(huán)氧耐久性涂層具體組分配比見表I。
[0013]所述無溶劑環(huán)氧耐久性涂層在混凝土環(huán)境下能長期保持絕緣性，且與外層混凝土層5和犧牲陽極7均結(jié)合很好，其結(jié)合界面處不會在長期應(yīng)用過程中出現(xiàn)裂紋，引起兩方面不利現(xiàn)象，一方面是裂紋存在使得腐蝕介質(zhì)、如水溶液等滲入到外層鋼筒2表面引起腐蝕，另一方面，犧牲陽極7材料在與外層混凝土層5接觸的界面處發(fā)生溶解，其過程產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會因為膨脹而損壞外層混凝土層5，造成很大的缺陷。無溶劑環(huán)氧耐久性涂層特性見表2，該特性保證了在較長的服役期間內(nèi)老化程度很小，能滿足犧牲陽極7材料在外層混凝土層5中的絕緣性。
[0014]表I無溶劑環(huán)氧耐久性涂層組分配比
組成型號.I重量I重量合計
環(huán)氧樹脂 —ESl40—~
二氧化鈦?工石10
甲組份娃酸鈣 !^粉 100
二氧化硅礦石粉__15
[0015]氧化鈣 —礦石粉10
__液態(tài)聚硫橡膠分子量1200~3000 15__
曼尼希胺__Τ3Ι__15
石圭酸鈣礦石粉—5
-刀二氧化桂__礦石粉__5
_mm礦石粉5—~_
[0016]表2無溶劑環(huán)氧耐久性涂層特性
序號測試項目單位技術(shù)性能指標(biāo)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
~~" 平整、色澤均ZI
1■'勻、無氣泡
2Λ3.0；^(-30—~SY/T0315
耐磨性(CslO砂輪，y
3mg彡40GB/T1768
lkg,1000r)
_7]~附著力(撬剝法，90:~SY/T0315或
4級I?2
"C，15 天)GB/T1733
粘結(jié)強度(拉開法,~
5.,ν πMPa彡35GB/T6329
5個樣品的平均值)____
陰極剝離(65 "C，一~
6mm彡 5.0 SY/T0315
1.5V, 48h)
7電氣強度MV/m 彡 35 GB/T 1408.1
8體積電阻率Ω.πι SilXlO13 GB/T1410
蒸餾水增重率(60<
n I:，浸泡 15 天)°—U ASTMD57()成
_8]3.5%NaCI 增重率~GB/T1733

%<9 O

('6(TC，浸泡 15 天)II
[0019]優(yōu)選的，所述外層鋼筒2上設(shè)有多個開孔2a。所述開孔2a使得混凝土填充結(jié)構(gòu)4的混凝土與外層混凝土層5的混凝土連接，連接點對外層混凝土層5起到錨固作用，增加外層混凝土層5與外層鋼筒2的結(jié)合強度。參見圖7。
[0020]優(yōu)選的，所述外層鋼筒2外表面為不光滑表面?？梢酝ㄟ^對外層鋼筒2進行噴砂打毛或制成沿軸向方向的凹凸面等方式制成不光滑表面，增加外層鋼筒2的粗糙度，有效增加外層鋼筒2外的外層混凝土層5的結(jié)合力。參見圖6。
[0021]優(yōu)選的，所述鋼帶的數(shù)量為大于等于I條。當(dāng)鋼帶的數(shù)量為I條時，所述鋼帶至少完成一個圓周纏繞；當(dāng)鋼帶的數(shù)量為多條時，所述鋼帶沿著內(nèi)層鋼筒I均勻布置。鋼帶的數(shù)量、沿大口徑給、排水管徑向的高度取決于設(shè)計強度、制作成本。增加鋼帶高度可以有效增加受力強度，同時需要增加成本。
[0022]優(yōu)選的，所述鋼帶與內(nèi)層鋼筒I的螺旋角度為5°?90°。所述螺旋角度為鋼帶在內(nèi)層鋼筒I上的焊接線與該點在內(nèi)層鋼筒I徑向平面內(nèi)切線的夾角。如將內(nèi)層鋼筒I展開，為焊接線與徑向的夾角Θ，參見附圖4和附圖5。當(dāng)螺旋角度為90°時，鋼帶沿內(nèi)層鋼筒I軸向方向焊接。
[0023]優(yōu)選的，所述鋼帶的截面具體為長方形、梯形、波浪形、U形或V形。使管材具有優(yōu)異的環(huán)向剛性和強度。
[0024]優(yōu)選的，所述鋼帶沿大口徑給、排水管徑向的高度為20mm?150mm。在滿足剛性和硬度的同時節(jié)省原材料，同時降低重量。
[0025]所述混凝土填充結(jié)構(gòu)4為C40以上的免振搗自密實混凝土。免振搗自密實混凝土是高性能混凝土的一種，其最主要的性質(zhì)是能夠在自重下不用振搗，自行填充模板內(nèi)的空間，形成密實的混凝土結(jié)構(gòu)。此外它還具有良好的力學(xué)性能與耐久性能，這是一種從混凝土拌合物開始直至硬化后的使用期都被全面考慮的高性能混凝土，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:提高混凝土的密實性和耐久性，避免漏振、過振等施工中的人為因素以及配筋密集、結(jié)構(gòu)形成復(fù)雜等不利條件對施工質(zhì)量的影響；降低作業(yè)強度，節(jié)省勞力、振搗機具和電能消耗；可消除振搗噪聲，改善環(huán)境，緩解施工擾民的矛盾；簡化工序，縮短工期，提高效率。
[0026]免振搗自密實混凝土，按照相關(guān)免振搗自密實混凝土配制及施工的規(guī)范要求，采用坍落度250mm,擴展度600mm,中邊差25mm,流下時間6-16S,四項指標(biāo)是可行的,有良好的粘聚性、流動性和保水性，使混凝土自密實。
[0027]本實用新型具有以下有益的效果:
[0028]本實用新型所述的帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管，抗腐蝕效果好，經(jīng)久耐用，制作過程簡單，在滿足剛度和強度的同時降低重量和生產(chǎn)成本，具有較大的社會和經(jīng)濟價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本實用新型實施例犧牲陽極布置方式的剖視圖；
[0031]圖3為本實用新型實施例犧牲陽極布置方式的俯視圖；
[0032]圖4為本實用新型實施例內(nèi)層鋼筒和鋼帶的結(jié)合示意圖；
[0033]圖5為本實用新型實施例鋼帶在內(nèi)層鋼筒上的焊接線與徑向的夾角示意圖；
[0034]圖6為本實用新型實施例外層鋼筒不光滑表面示意圖；
[0035]圖7為本實用新型實施例外層鋼筒上帶有開孔的示意圖；
[0036]圖8為本實用新型實施例頂管接頭處理方式的示意圖；
[0037]圖中:1、內(nèi)層鋼筒；2、外層鋼筒；3、增強結(jié)構(gòu)；4、混凝土填充結(jié)構(gòu)；5、外層混凝土層；6、內(nèi)層混凝土層；7、犧牲陽極；8、鋼支腿；9、絕緣涂層；10、接頭；11、接口 ；lla、接口自由部分；llb、接口焊接部分；12、承插口 ；13、注膠孔；14、密封膠。

【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細(xì)描述。
[0039]實施例1
[0040]如圖1-8所示，一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管，所述大口徑給、排水管頂管包括內(nèi)層鋼筒1、外層鋼筒2、增強結(jié)構(gòu)3、混凝土填充結(jié)構(gòu)4、外層混凝土層5、內(nèi)層混凝土層6 ;所述增強結(jié)構(gòu)3設(shè)于內(nèi)層鋼筒I和外層鋼筒2之間，所述增強結(jié)構(gòu)3具體為纏繞內(nèi)層鋼筒I外并與內(nèi)層鋼筒I和外層鋼筒2焊接固定的鋼帶，所述內(nèi)層混凝土層6設(shè)于內(nèi)層鋼筒I內(nèi)部，所述外層混凝土層5設(shè)于外層鋼筒2外部，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)4位于內(nèi)層鋼筒1、外層鋼筒2和增強結(jié)構(gòu)3之間的空隙中；所述外層混凝土層5中還設(shè)有犧牲陽極7和鋼支腿8，所述鋼支腿8焊接在外層鋼筒2外表面，所述犧牲陽極7通過鋼支腿8與外層鋼筒2連接，所述犧牲陽極7為弧形，所述犧牲陽極7的外表面與外層混凝土層5的外表面處于同一曲面，所述犧牲陽極7與外層混凝土層5的接觸面設(shè)有絕緣涂層9。
[0041]以往鋼質(zhì)頂管的陰極保護在頂管施工頂進到位后進行，因為鋼質(zhì)頂管外壁沒有犧牲陽極的搭載平臺，如果焊接在鋼管外，犧牲陽極會增加頂進推力，且容易在頂進過程中脫落。本實用新型與以往鋼質(zhì)頂管的陰極保護方式不同，將犧牲陽極7鑲嵌入外層混凝土層5中，在頂管實施時將犧牲陽極7 —同送入指定位置。
[0042]所述外層鋼筒2上設(shè)有多個開孔2a。所述開孔2a使得混凝土填充結(jié)構(gòu)4的混凝土與外層混凝土層5的混凝土連接，連接點對外層混凝土層5起到錨固作用，增加外層混凝土層5與外層鋼筒2的結(jié)合強度。參見圖7。
[0043]所述外層鋼筒2外表面為不光滑表面?？梢酝ㄟ^對外層鋼筒2進行噴砂打毛或制成沿軸向方向的凹凸面等方式制成不光滑表面，增加外層鋼筒2的粗糙度，有效增加外層鋼筒2外的外層混凝土層5的結(jié)合力。參見圖6。
[0044]所述鋼帶的數(shù)量為大于等于I條。當(dāng)鋼帶的數(shù)量為I條時，所述鋼帶至少完成一個圓周纏繞；當(dāng)鋼帶的數(shù)量為多條時，所述鋼帶沿著內(nèi)層鋼筒I均勻布置。鋼帶的數(shù)量、沿大口徑給、排水管徑向的高度取決于設(shè)計強度、制作成本。增加鋼帶高度可以有效增加受力強度，同時需要增加成本。
[0045]所述鋼帶與內(nèi)層鋼筒I的螺旋角度為5°?90°。所述螺旋角度為鋼帶在內(nèi)層鋼筒I上的焊接線與該點在內(nèi)層鋼筒I徑向平面內(nèi)切線的夾角。如將內(nèi)層鋼筒I展開，為焊接線與徑向的夾角Θ，參見附圖4和附圖5。當(dāng)螺旋角度為90°時，鋼帶沿內(nèi)層鋼筒I軸向方向焊接。
[0046]所述鋼帶的截面具體為長方形、梯形、波浪形、U形或V形。使管材具有優(yōu)異的環(huán)向剛性和強度。
[0047]所述鋼帶沿大口徑給、排水管徑向的高度為20mm?150mm。在滿足剛性和硬度的同時節(jié)省原材料，同時降低重量。
[0048]所述混凝土填充結(jié)構(gòu)4為C40以上的免振搗自密實混凝土。免振搗自密實混凝土是高性能混凝土的一種，其最主要的性質(zhì)是能夠在自重下不用振搗，自行填充模板內(nèi)的空間，形成密實的混凝土結(jié)構(gòu)。此外它還具有良好的力學(xué)性能與耐久性能，這是一種從混凝土拌合物開始直至硬化后的使用期都被全面考慮的高性能混凝土，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:提高混凝土的密實性和耐久性，避免漏振、過振等施工中的人為因素以及配筋密集、結(jié)構(gòu)形成復(fù)雜等不利條件對施工質(zhì)量的影響；降低作業(yè)強度，節(jié)省勞力、振搗機具和電能消耗；可消除振搗噪聲，改善環(huán)境，緩解施工擾民的矛盾；簡化工序，縮短工期，提高效率。
[0049]免振搗自密實混凝土，按照相關(guān)免振搗自密實混凝土配制及施工的規(guī)范要求，采用坍落度250mm,擴展度600mm,中邊差25mm,流下時間6-16S,四項指標(biāo)是可行的,有良好的粘聚性、流動性和保水性，使混凝土自密實。
[0050]實施例2
[0051]制作過程:
[0052](I)鋼筒成型
[0053]首先制作內(nèi)層鋼筒1，采用螺旋鋼筒卷焊機焊制內(nèi)層鋼筒1，在焊接內(nèi)層鋼筒I時，沿著內(nèi)層鋼筒I焊縫處螺旋焊制鋼帶，鋼帶沿著內(nèi)層鋼筒I均勻布置，鋼帶數(shù)量可控制在1-15條之間，當(dāng)鋼帶的數(shù)量為I條時，鋼帶至少完成一個圓周纏繞，鋼帶螺旋角度控制在5°?90°之間。采用螺旋焊接時，要根據(jù)內(nèi)層鋼筒I直徑、鋼帶螺旋角度、所用鋼帶寬及所需搭接的鋼帶縫寬度來計算內(nèi)層鋼筒I螺旋周長(每一節(jié)距)以確保焊接質(zhì)量和經(jīng)濟用料。
[0054](2)焊接外層鋼筒
[0055]沿著鋼帶外沿焊制外層鋼筒2，采用螺旋鋼筒卷焊機焊制外層鋼筒2，內(nèi)外鋼筒I通過鋼帶形成一個整體雙層鋼筒。
[0056](3)安裝犧牲陽極
[0057]犧牲陽極7的安裝是在灌注外層混凝土層5混凝土之前焊接在外層鋼筒2外壁指定位置，裝上外層混凝土層5模具后，犧牲陽極7外表面與模具內(nèi)面較近。在將該管頂入之前，將犧牲陽極7外表面的混凝土打磨掉，通常這層混凝土很薄，保證露出光潔表面，以利犧牲陽極7工作。
[0058](3)混凝土灌注
[0059]為了保證混凝土的順利灌注及充分密實，采用C40以上的免振搗自密實混凝土，從上至下一次性灌注成型外層混凝土層5、內(nèi)層混凝土層6、混凝土填充結(jié)構(gòu)4。
[0060]實施例3
[0061]犧牲陽極的選擇及布置方式:
[0062]犧牲陽極7的尺寸與保護年限、被保護管的尺寸及采用的材料有關(guān)。犧牲陽極7的四個角處設(shè)有鋼支腿8，鋼支腿8采用與內(nèi)層鋼筒1、外層鋼筒2相同的材質(zhì)。鋼支腿8的腳在外層鋼筒2成型后焊接在外層鋼筒2上靠近接頭10的位置，犧牲陽極7設(shè)置在靠近管接口 11處，具體結(jié)構(gòu)見圖2和圖3。由于安裝在外層鋼筒2外壁的犧牲陽極7只負(fù)責(zé)保護被安裝犧牲陽極7的管道，犧牲陽極7用量較少，尺寸也較小。如公稱直徑3米、長4米的管道，需要的犧牲陽極7為弧長I米、軸向0.45米、厚度2厘米的鋅陽極，或弧長I米、軸向0.25米、厚度2厘米的鎂合金陽極。犧牲陽極7尺寸小，對混凝土整體結(jié)構(gòu)和頂進等均不會帶來大的影響。除犧牲陽極7的外表面，其余面均采用絕緣涂層絕緣。這樣使得只有暴露在土壤中陽極面能夠工作，這樣避免了犧牲陽極7與外層混凝土層5混凝土接觸面發(fā)生腐蝕后，產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物會膨脹破壞外層混凝土層5混凝土的完整性。同時，將犧牲陽極7的鋼支腿8和焊接腳也涂覆絕緣涂層。犧牲陽極7預(yù)先焊接在外層鋼筒2上，裝入模具內(nèi)后，澆注混凝土形成外層混凝土層5。
[0063]實施例4
[0064]頂管接頭的處理方式:
[0065]本實用新型對頂管接頭10也進行了新的設(shè)計，見圖8。由于管道主體采用了雙筒鋼筒，則本實用新型頂管的接口采用剛性接口 11 (鋼環(huán))，將鋼環(huán)焊接在外層鋼筒2上，采用雙焊縫。接口 11自由部分Ila高于接口 11焊接部分11b，這樣保證空間承插到位。在未焊接的承插口 12的一側(cè)，預(yù)先留有用于密封的注膠孔13。在承插口 12安裝到位后，從管內(nèi)采用高壓注膠設(shè)備，將密封膠14注入承插口 12內(nèi)。密封膠14可以選擇聚硫橡膠等固類型，在施工要求的時間內(nèi)固化成型，經(jīng)打壓試驗后確認(rèn)滿足密封要求。對于承插口 12，防腐十分關(guān)鍵，這里可能是腐蝕的重點區(qū)域。因此，在焊接完承插口 12后，用重腐蝕涂料，如無溶劑環(huán)氧等對承插口 12進行防腐保護，尤其是對焊縫處，應(yīng)加強防腐處理。在承插口 12安裝到位后，檢查承插口 12的防腐情況，如果滿足要求，則在承插口 12外進行混凝土包覆，包覆混凝土?xí)r需要采用外包帶。
[0066]實施例5
[0067]下面以如下尺寸的大口徑給、排水管為例，對比不同管線的重量和生產(chǎn)成本:
[0068]大口徑給、排水管的尺寸為:大口徑給、排水管管內(nèi)直徑為3000mm，管軸向長度為4000mm,管壁厚度為224mm ；
[0069]其中:內(nèi)層鋼筒I和外層鋼筒2的鋼板厚度為2mm ；內(nèi)層混凝土層6和外層混凝土層5的厚度為50mm ;鋼帶沿大口徑給、排水管徑向的高度為120mm,混凝土填充結(jié)構(gòu)4的厚度為120mm。
[0070]鋼帶的個數(shù)為10個，沿著內(nèi)層鋼筒I均勻布置，螺旋角度為30°，
[0071]以雙層鋼絲PCCP為單位重量，本實用新型的重量與雙層鋼絲的PCCP管接近，高于單層鋼絲PCCP管約3%。遠(yuǎn)低于頂進法用的鋼筋混凝土管，重量下降約30%，這對于頂管施工而言會降低運輸和施工成本。
[0072]按照2013年四季度的市場價格，包含加工成本，鋼管的價格遠(yuǎn)高于鋼混結(jié)構(gòu)管，高一倍以上。而在鋼混結(jié)構(gòu)管中，頂進法施工的鋼筋混凝土成本最高，如采用本實用新型結(jié)構(gòu)，成本將下降25%左右。此外，本實用新型成本較雙層鋼絲PCCP管低7%左右，比單層鋼絲PCCP管高9%左右。
[0073]實施例6
[0074]大口徑給、排水管模型試驗計算:
[0075]經(jīng)過有限元軟件的計算，該管道結(jié)構(gòu)無論是在施工狀態(tài)下還是在正常使用狀態(tài)下均處于安全狀態(tài)，且有較大的安全系數(shù)。初步證明了該設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性和可行性。但是因為有限元軟件的數(shù)值模擬存在模型簡化和近似計算等問題，可能還會與地下管道實際的工作情況有一定差異，為了進一步驗證所設(shè)計地下管道結(jié)構(gòu)的合理性，對其進行實驗室試驗。
[0076]根據(jù)模型試驗的相似原理(包括幾何相似、質(zhì)量相似、物理相似、荷載相似)，制定了以下試驗?zāi)Ｐ汀?br> [0077]主要尺寸有:
[0078](I)大口徑給、排水管管內(nèi)直徑為362mm,管軸向長度為700mm,管壁厚度為94mm,管外直徑550mm ；
[0079](2)鋼帶高度為30mm，鋼帶厚度為2mm，鋼帶數(shù)量為2個，螺旋角度為30° ;
[0080](3)外層鋼筒2鋼板厚度為2mm,內(nèi)層鋼筒I鋼板厚度為2mm ；
[0081](4)外層混凝土層5厚度為30mm,內(nèi)層混凝土層6厚度為30mm,混凝土填充結(jié)構(gòu)4厚度為30mm。
[0082]主要材料有:
[0083](I)鋼帶、外層鋼筒2、內(nèi)層鋼筒I采用Q235熱軋薄鋼板；
[0084](2)外層混凝土層5、內(nèi)層混凝土層6、混凝土填充結(jié)構(gòu)4采用C40以上的免振搗自密實混凝土。
[0085]單軸壓縮試驗是模擬管道頂管施工的極端受力情況，也就是最不利受力情況。從單軸壓縮試驗來看，試件軸向允許最大頂力為2700KN-2800KN。
[0086]徑向壓縮試驗是在徑向最不利的受力情況，因為此時管腰處會存在較大的拉應(yīng)力，從而破壞管道。而在實際管道服役過程中，該處會有周圍介質(zhì)的壓應(yīng)力從而使得管道可以承受更大的壓應(yīng)力。從徑向壓縮試驗來看，試件徑向允許最大壓力為400KN，該值也能滿足管道服役的徑向壓力要求。
[0087]下面將本實施例大口徑給、排水管模型與正在采用的、商品化的鋼筋混凝土頂管進行最大頂力比較，
[0088]在《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》中，根據(jù)鋼筋混凝土管承載能力極限狀態(tài)計算規(guī)定，管道允許最大頂力計算公式為
[0089]Fdr = 0.5 f Ap

YQdYfi
[0090]式中:Fd。-混凝土管道允許頂力設(shè)計值。
[0091]φ r混凝土材料受壓強度折減系數(shù)，可取0.90。
[0092]Φ2-偏心受壓強度提高系數(shù)，可取1.05。
[0093]φ 3-材料脆性系數(shù),可取0.85。
[0094]φ 5-混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整系數(shù)，可取0.79。
[0095]fc-混凝土受壓強度設(shè)計值。
[0096]Ap-管道的最小有效傳力面積。
[0097]Y Qd_頂力分項系數(shù)，可取1.3。
[0098]則計算在管道尺寸、混凝土強度相同情況下混凝土管道允許頂力設(shè)計值。這里混凝土受壓強度設(shè)計值取為40KN/m2，管道的最小有效傳力面積Ap = 1/4.π [5502_3622]=
1.346 X 15Him2。
[0099]則混凝土管道允許頂力設(shè)計值Fde為2105.5ΚΝ。
[0100]對比得知，在尺寸相同、混凝土強度相同情況下，本實施例大口徑給、排水管模型允許頂力設(shè)計值要比混凝土管道允許頂力設(shè)計值高28.2% -32.9%。
[0101]實施例7
[0102]絕緣涂層9的選擇:
[0103]所述絕緣涂層9具體為無溶劑環(huán)氧耐久性涂層。所述無溶劑環(huán)氧耐久性涂層為甲組分和乙組分按重量比為10:3的比例均勻混合而成，所述甲組分為環(huán)氧樹脂、二氧化鈦、硅酸鈣、二氧化硅、氧化鈣、液態(tài)聚硫橡膠六種材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而成，所述乙組分為曼尼希胺、硅酸鈣、二氧化硅、氧化鈣四種材料按重量比3:1:1:1的比例混合而成。無溶劑環(huán)氧耐久性涂層具體組分配比見表I。
[0104]所述無溶劑環(huán)氧耐久性涂層在混凝土環(huán)境下能長期保持絕緣性，且與外層混凝土層5和犧牲陽極7均結(jié)合很好，其結(jié)合界面處不會在長期應(yīng)用過程中出現(xiàn)裂紋，引起兩方面不利現(xiàn)象，一方面是裂紋存在使得腐蝕介質(zhì)、如水溶液等滲入到外層鋼筒2表面引起腐蝕，另一方面，犧牲陽極7材料在與外層混凝土層5接觸的界面處發(fā)生溶解，其過程產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會因為膨脹而損壞外層混凝土層5，造成很大的缺陷。無溶劑環(huán)氧耐久性涂層特性見表2，該特性保證了在較長的服役期間內(nèi)老化程度很小，能滿足犧牲陽極7材料在外層混凝土層5中的絕緣性。
[0105]表I無溶劑環(huán)氧耐久性涂層組分配比
組成型號 I重量丨重量合計
環(huán)氧樹脂E5140
二氧化鈦?工石H)
甲組份■
[0106]氧化?丐__礦石粉__1_
__液態(tài)聚硫橡膠分子量1200~3000 15__
曼尼希胺__T3I__15
I桂酸媽礦石粉5~
乙組二氧化硅粉30
_氧化1?礦石粉5—~_
[0107]表2無溶劑環(huán)氧耐久性涂層特性
序號測試項目單位技術(shù)性能指標(biāo)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
,, 平整、色澤均η、ΠιΙ
1外觀/^ ^目測

勻、無氣泡

抗 3.0J 沖擊性(-30
2/無裂紋SY/T0315


w )
耐磨性(CslO砂輪，^
3mg <40 GB/T 1768
__lkg,1000r)______
, 附著力C撬剝法，90 ,n.αSY/T0315或
_8]4V’ 15 天)及1 ?2GB/T1733
~粘結(jié)強度(拉開法，Γ~~
5ι,λ.-,-.α, /-+- MPa多35GB/T 6329
5個樣品的平均值)____.陰極剝離(65°C,—<cv/T m I
6mm ^5.0SY/T 0315
_ 1.5V, 48h) _
'7電氣強度MV/m彡 35GB/T 1408.1
8體積電阻率Ω.πι5sIX113 GB/T 1410
? 蒸餾水增重率(60 n/ASTMD570或
9%0
__°C，浸泡 15 天)___'__GB/T1733
[0109] 上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管，其特征在于:所述大口徑給、排水管頂管包括內(nèi)層鋼筒(I)、外層鋼筒(2)、增強結(jié)構(gòu)(3)、混凝土填充結(jié)構(gòu)(4)、外層混凝土層(5)、內(nèi)層混凝土層(6);所述增強結(jié)構(gòu)(3)設(shè)于內(nèi)層鋼筒(I)和外層鋼筒(2)之間，所述增強結(jié)構(gòu)⑶具體為纏繞內(nèi)層鋼筒⑴外并與內(nèi)層鋼筒⑴和外層鋼筒⑵焊接固定的鋼帶，所述內(nèi)層混凝土層(6)設(shè)于內(nèi)層鋼筒(I)內(nèi)部，所述外層混凝土層(5)設(shè)于外層鋼筒(2)外部，所述混凝土填充結(jié)構(gòu)(4)位于內(nèi)層鋼筒(I)、外層鋼筒(2)和增強結(jié)構(gòu)(3)之間的空隙中；所述外層混凝土層(5)中還設(shè)有犧牲陽極(7)和鋼支腿(8)，所述鋼支腿(8)焊接在外層鋼筒(2)外表面，所述犧牲陽極(7)通過鋼支腿(8)與外層鋼筒(2)連接，所述犧牲陽極(7)為弧形，所述犧牲陽極(7)的外表面與外層混凝土層(5)的外表面處于同一曲面，所述犧牲陽極(7)與外層混凝土層(5)的接觸面設(shè)有絕緣涂層(9)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述絕緣涂層(9)具體為無溶劑環(huán)氧耐久性涂層。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述外層鋼筒(2)上設(shè)有多個開孔(2a)。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述外層鋼筒(2)外表面為不光滑表面。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述外層鋼筒(2)外表面為不光滑表面。
6.按照權(quán)利要求1-5任一所述的一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述鋼帶的數(shù)量為大于等于I條。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述鋼帶與內(nèi)層鋼筒(I)的螺旋角度為5°?90°。
8.按照權(quán)利要求7所述的一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述鋼帶的截面具體為長方形、梯形、波浪形、U形或V形。
9.按照權(quán)利要求8所述的一種大口徑給、排水管，其特征在于:所述鋼帶沿大口徑給、排水管徑向的高度為20mm?150mm。
【文檔編號】F16L9/153GK204004849SQ201420316756
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】李京, 魏英華, 呂晨曦, 劉陽, 趙國強, 史杰智, 李曉東, 陸衛(wèi)中, 高英 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所