随着社会的发展,大口径钢筋混凝土排水管的应用越发普及,普通钢筋混泥土排水管在应用中存在的问题对于大口径排水管影响更大,在诸多问题中,排水管接口漏水问题尤为突出。2004年、2009年德国排水管损坏情况调查见表1。经研究发现,排水管接口漏水的原因主要表现在3个方面:1管道承口及插口难以制造为理想圆形,承、插口匹配时贴合性不佳;2管道接口混凝土表面粗糙不光滑;3生产过程中出现的其他质量瑕疵,如混凝土表面存在凹坑、凸起等。鉴于管道制作过程中经常出现上述3种情况而导致单胶圈管道密封方式较难杜绝管道接口处漏水,若采用钢承口双胶圈接头管材(见图1),可降低混凝土排水管接口处漏水的概率。

　　 《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)及《混凝土和钢筋混凝土排水管》(GB/T 11836-2009)中将管道接口分为柔性接口管和刚性接口管。柔性接口管分为承插口管、钢承口管、企口管和钢承插口管。其中:承插口管分A型、B型和C型;钢承口管分A型、B型和C型;钢承插口管分单承插口和双承插口两种类型。《给水排水工程埋地预制混凝土圆形管管道结构设计规程》(CECS 143-2002)将管道接口分为钢丝网水泥砂浆抹带接口、现浇套环接口、企口管橡胶圈接口、承插口管接口、双插口接口及钢承口管接口。其中钢丝网水泥砂浆抹带接口为刚性接口,其余为柔性接口。为充分适应因地质、荷载及回填质量瑕疵等因素导致的管线意外变形,在排水管道设计中,应尽量采用柔性接口刚性管道,即橡胶接口的钢筋混凝土管道。从相关规范及市场调研发现,管道柔性接口形式都为单胶圈密封接口,如图2所示。

　　 在工程实践中发现大口径管道由于管底腋角处范围较大,难以压实,易造成管道在荷载作用下发生纵向断裂。鉴于此,针对大口径管道(管径≥D2 000)的排水管道,应大力提倡顶管技术。目前,机械顶管技术在我国得到了大力发展,其施工安全度高、工程质量容易保证、能有效避免开槽施工对周围环境破坏,因而得到广泛应用。顶管技术由于其特殊的施工工艺,其选用管材基本为《混凝土和钢筋混凝土排水管》(GB/T 11836-2009)中的钢承口管A型,其结构形式如图3所示,属于单密封胶圈接口形式。

　　 顶管施工中经常要进行纠偏,若实际顶进轴线与设计轴线偏离较多,有些管节接缝的一端张开过大,管节端面受压区高度太小,则必将减小管节间能够承受的顶推力(见图4)。纠偏时要注意纠偏角度的控制,纠偏角度过大将造成管节之间漏缝,导致质量事故,单密封胶圈管材一般顶管纠偏角度不宜超过3°。在实际工程中,由于地质状况复杂,实际纠偏角度可能远超过管道接口的要求。制造出一种大角度纠偏管材,成为长距离大管径顶管施工的迫切需求。

　　 根据本文引言部分所述的单胶圈混凝土管道接头漏水的3个原因,设计双胶圈柔性密封接头加强管道密封效果的基本原理是:通过增加橡胶圈数量来减少因管道承口或插口不圆或混凝土表面粗糙而导致的橡胶圈与混凝土贴合处的漏水几率。

　　 为实现2.1节所述原理,对管道接头进行针对性的设计。管道插口端较传统管道适当延长,以增加安放第二道橡胶圈的位置;承口钢板较传统管道适当延长,以适应两道橡胶圈的插口端长度;在管道承口端管壁混凝土内设置带加强肋的径向钢圈。径向钢圈减少了承口钢板与管道插口端贴合处的漏水几率(径向钢圈能起到止水片的作用),同时改善了承口钢板因双胶圈安放而适当延长后导致的抗力不足问题。传统承口钢板安装后相当于一个悬臂受力结构,由于钢板因胶圈数量的增加而延长,其受力状况较传统承口钢板要恶化,带加强肋的径向钢圈能有效地增加抗力。其接口见图5。

　　 新型双胶圈柔性密封接头市政排水管在设计时充分考虑了管道生产过程中的实际情况,通过采取技术手段,抵消管道生产误差导致的管道接头连接时出现的影响严密性的消极因素。

　　 此外,在普遍应用大口径管道的机械顶管施工领域,双胶圈的设置一方面在一定程度上降低了因顶管纠偏导致胶圈损坏的几率;另一方面,管道接头能够充分承受因管径增大而导致相对增大的管底静水压力,充分保证管道的密封性,有利于大管径排水管道施工质量的控制。

　　 双胶圈柔性密封接头排水管的施工并不复杂,施工时首先清理管道插口段外侧,将适用胶圈套入插口段上由挡圈形成的凹槽内,在胶圈上涂刷润滑剂;清理钢承口内侧,适当涂刷润滑剂,借助倒链等拉紧工具(或千斤顶的顶力)将管道插头插入钢承口内,根据插口段外露距离确定管道是否安装就位。其基本施工操作和单胶圈管道没有很大差异,并不会改变传统的施工操作习惯。双胶圈柔性密封接头排水管在进行管道施工时,需要重点关注安装胶圈处的管外皮的清洁工作,确保管外皮洁净、光滑。另外,还要注意密封胶圈的产品防护问题,密封胶圈应在室内洁净、干燥处存放,并避免接触化学制剂及锐物损伤胶圈。安装时应采用适当的润滑措施,润滑剂不应损坏胶圈,确保在不损伤胶圈的前提下能够顺利安装到位。

　　 上述双胶圈接头大口径排水管在郑州新区污水处理厂工程厂外污水干管工程(二标段)等多个工程中进行了应用,效果均得到了建设方的肯定。

　　 郑州新区污水处理厂属国务院淮河治理重点工程之一,其厂外污水干管起始于现状王新庄污水处理厂,自污水中途提升泵站引出,沿万三公路路西敷设至万洪公路,之后沿万洪公路路南向东敷设至解放路,再沿堤里小清河敷设至郑州新区污水处理厂。

　　 项目一期工程规模:污水处理为65万m³/d、再生水脱色为20万m³/d、配套建设污泥消化设施、污泥干化为300t/d,厂外污水干管设计规模为120万m³/d,厂外干管工程包括污水输送干管及85万m³/d中途提升泵站一座,范围约327.5km³。配套建设的进厂污水干管工程线路全长约32.3km,管径D3 000~D3 500,起点位于郑东新区新客站东700m七里河北岸,终点位于中牟县姚家镇校庄村东南。

　　 项目场外干管工程(二标段工程,西起人文路,东至中兴街,全长5 300m)采用机械顶进双胶圈接头大口径排水管进行实施。

　　 施工现场沿线表现为黄河冲击地质,工程范围内基本为砂土,且地下水极为丰富,对大口径机械顶管技术是一个巨大的挑战。富水砂层在顶管施工中易形成流沙,造成地质沉陷,且对顶管产生冲击,纠偏是本次工程实施的关键技术。为保证工程顺利进行,工程指挥部决定在最复杂的地段选取508m长顶段采用我公司自主研发的双胶圈接头排水管进行D3 200顶管施工。

　　 施工时,管道安装没有因接头胶圈的增加而增加难度,其管道连接的操作过程为:清理承口及插口—安装橡胶圈—涂抹润滑剂—千斤顶顶进连接。工程实施情况表明,采用双胶圈接头管材进行顶进施工不仅减少顶进纠偏对顶力的影响,在一定程度上还降低了因纠偏导致胶圈损坏的几率,更能够充分承受因管径增大而导致相对增大的管底静水压力,充分保证管道的密封性,顶进完毕的管道接头处未发现地下水渗漏情况,确保了大管径长距离机械顶管的施工质量。

　　 现行规范设置的单胶圈排水管在施工过程中主要靠一条胶圈来实现密封,由于施工过程的不可预见性,容易造成胶圈的损坏,进而影响管道的使用。郑州市市政工程总公司在对现有管道的使用情况进行充分调查的基础上,结合新材料、新技术的发展状况,通过增加一道胶圈及其他配套措施来提高管道连接的严密性和柔韧度,可以有效地解决管道接口的渗漏问题。经工程实践,认为双胶圈柔性密封管道具有如下优点:

　　 (1)可以充分保证管道接口的严密性,确保排水管道的闭水效果。

　　 (2)对于长距离顶管,方便管道纠偏,便于工程的顺利施工。

　　 (3)长距离管道敷设,通过采用双胶圈柔性密封接头管道,有利于管道适应一定的纵向挠曲,提高管道的耐久性。