一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管，包括内层钢筒、外层钢筒、增强结构、混凝土填充结构、外层混凝土层、内层混凝土层；所述增强结构设于内层钢筒和外层钢筒之间，所述增强结构具体为缠绕内层钢筒外并与内层钢筒和外层钢筒焊接固定的钢带，所述混凝土填充结构位于内层钢筒、外层钢筒和增强结构之间的空隙中；所述外层混凝土层中还设有牺牲阳极和钢支腿，所述牺牲阳极与外层混凝土层的接触面设有绝缘涂层。本实用新型抗腐蚀效果好，经久耐用，制作过程简单，在满足刚度和强度的同时降低重量和生产成本，具有较大的社会和经济价值。
【专利说明】—种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管
【技术领域】
[0001]本实用新型属于市政、工业、矿业等用管道领域，特别提供一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的持续快速发展，城市规模迅速扩大，越来越多的城市出现供水、排水困难。建设大规模输水工程已经刻不容缓，采用管道铺设输水管线是必须的选择方案。目前，可供选择的管线有钢管、混凝土管、钢筋混凝土管、预应力混凝土管。其中，管壁内不配置钢构的混凝土管的最大公称内径只有600_，只适合小供排量场合应用，大规模输水工程必须选择其他几种管道。选择管道时考虑的主要因素有:安全可靠程度、建设及维护成本两个方面。
[0003]钢管自重轻、刚度大，但成本高、易受环境腐蚀，后期维护费用高。为降低工程造价，建设者当前更多的是选用钢和混凝土复合的管道。除了造价低外，两种材料相互弥补了彼此的弱点，发挥各自的长处，从而使钢/混凝土复合管具有很高的承载能力，一般都高于组成管道的钢和混凝土单独承载力之和。另外，由于混凝土自身的碱性可以使得钢表面发生钝化，大大提高了混凝土中钢的耐腐蚀性。
[0004]但是，目前已有制作和应用标准的钢构混凝土管又存在着不足，制约着应用。目前钢构混凝土管中的钢材大都采用高强度钢，目的是提高承载能力以及降低自重。如《顶管用钢筋混凝土管标准》中规定的螺纹钢筋应满足《JC/T540》，规定所用螺纹钢最低屈服强度为550MPa。而预应力混凝土管(PCCP)中的冷拔钢丝的屈服强度一般在1550MPa以上，按照国际钢铁协会用材料力学性能——强度来分类，这类钢构属于高强钢(270——700MPa)和超高强钢(>700MPa)。实践表明，这类钢对应力腐蚀开裂敏感。应力腐蚀开裂是材料在应力和腐蚀环境共同作用下引起的开裂，这是应力与腐蚀联合作用的结果。如果只有一个方面，应力或者介质作用，开裂破坏不会发生，但当二者联合作用时，却能很快发生开裂。因此，发生应力腐蚀开裂时，应力可能是很低的，介质的腐蚀性可能也是很弱的，也正由于如此，应力腐蚀开裂经常受到忽视，导致意外事故不断发生。普通碳钢通常在特定的工业环境中发生应力腐蚀开裂，而高强钢则在自然环境中、如雨水、海水中即可发生应力腐蚀开裂。另外，由于近代工业的发展，材料工作环境越来越苛刻，应力腐蚀问题也日益突出。
[0005]以目前标准制作的、采用高强钢结构的混凝土管在其混凝土逐步失效的情况下，风险会不断增加。而现阶段对大规模输运工程、如输水管线的耐久性要求也较以往有很大提高，从20-30年提高至50-100年，因此，亟需发展耐久性更好的管材以满足要求。
[0006]另外，对于大口径、埋地较深、长距离的顶管管线，阴极保护面临需要迫切解决的难题:
[0007]对于顶管管线的结构，阴极保护工作者首先会想到利用工作井作为牺牲阳极的馈电点。但是输水管线为目前单次顶进距离较长，最长的两个工作井之间的距离近可达数公里。由于阴极保护采用牺牲阳极，而牺牲阳极的保护距离较强制电流小，用工作井作为馈电仅能满足工作井附较短管线的阴极保护，也就是说，管线中间必须增加馈电点。但是管线埋地如此之深，又不允许进行开挖施工，如何实现管线馈电成为首要技术难题。
[0008]在已公开的钢质顶管阴极保护中，采用从地表钻孔遥控焊接的方法将导电电缆焊接在钢管表面。在焊接过程中焊接产生的电火花有能力穿透钢管表面的涂层，从而使得电缆前方焊点与钢管外壁焊接在一起。而对于外表由较厚的混凝土包裹的顶管，电火花不能透过这层混凝土而融化钢管外壁金属来焊接馈电电缆。如果从地表钻孔遥控焊接电缆，则只能选择管道的承接口。但承接口处的钢长度太短，难以准确地从地表实施。另外，采用顶管的目的是为了不破坏地表及地下的基础设施，从地表进行施工进行阴极保护自然会受到很多限制，因此无法从地表进行阴极保护施工。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的在于解决现有技术存在的问题，本实用新型放弃高强度钢、而采用普通碳钢材料以增加其耐腐蚀性，为保证其强度，从钢构混凝土复合管的钢结构方式上进行改革，并考虑到阴极保护的问题，提供一种高强度、耐腐蚀、低成本、低重量的带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管。
[0010]本实用新型的技术方案是:一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管，所述大口径给、排水管顶管包括内层钢筒1、外层钢筒2、增强结构3、混凝土填充结构4、外层混凝土层5、内层混凝土层6 ;所述增强结构3设于内层钢筒I和外层钢筒2之间，所述增强结构3具体为缠绕内层钢筒I外并与内层钢筒I和外层钢筒2焊接固定的钢带，所述内层混凝土层6设于内层钢筒I内部，所述外层混凝土层5设于外层钢筒2外部，所述混凝土填充结构4位于内层钢筒1、外层钢筒2和增强结构3之间的空隙中；所述外层混凝土层5中还设有牺牲阳极7和钢支腿8，所述钢支腿8焊接在外层钢筒2外表面，所述牺牲阳极7通过钢支腿8与外层钢筒2连接，所述牺牲阳极7为弧形，所述牺牲阳极7的外表面与外层混凝土层5的外表面处于同一曲面，所述牺牲阳极7与外层混凝土层5的接触面设有绝缘涂层9。
[0011]以往钢质顶管的阴极保护在顶管施工顶进到位后进行，因为钢质顶管外壁没有牺牲阳极的搭载平台，如果焊接在钢管外，牺牲阳极会增加顶进推力，且容易在顶进过程中脱落。本实用新型与以往钢质顶管的阴极保护方式不同，将牺牲阳极7镶嵌入外层混凝土层5中，在顶管实施时将牺牲阳极7 —同送入指定位置。
[0012]优选的，所述绝缘涂层9具体为无溶剂环氧耐久性涂层。所述无溶剂环氧耐久性涂层为甲组分和乙组分按重量比为10:3的比例均匀混合而成，所述甲组分为环氧树脂、二氧化钛、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙、液态聚硫橡胶六种材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而成，所述乙组分为曼尼希胺、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙四种材料按重量比3:1:1:1的比例混合而成。无溶剂环氧耐久性涂层具体组分配比见表I。
[0013]所述无溶剂环氧耐久性涂层在混凝土环境下能长期保持绝缘性，且与外层混凝土层5和牺牲阳极7均结合很好，其结合界面处不会在长期应用过程中出现裂纹，引起两方面不利现象，一方面是裂纹存在使得腐蚀介质、如水溶液等渗入到外层钢筒2表面引起腐蚀，另一方面，牺牲阳极7材料在与外层混凝土层5接触的界面处发生溶解，其过程产生的腐蚀产物会因为膨胀而损坏外层混凝土层5，造成很大的缺陷。无溶剂环氧耐久性涂层特性见表2，该特性保证了在较长的服役期间内老化程度很小，能满足牺牲阳极7材料在外层混凝土层5中的绝缘性。
[0014]表I无溶剂环氧耐久性涂层组分配比
组成型号.I重量I重量合计
环氧树脂 —ESl40—~
二氧化钛?工石10
甲组份娃酸钙 !^粉 100
二氧化硅矿石粉__15
[0015]氧化钙 —矿石粉10
__液态聚硫橡胶分子量1200~3000 15__
曼尼希胺__Τ3Ι__15
石圭酸钙矿石粉—5
-刀二氧化桂__矿石粉__5
_mm矿石粉5—~_
[0016]表2无溶剂环氧耐久性涂层特性
序号测试项目单位技术性能指标执行标准
~~" 平整、色泽均ZI
1■'匀、无气泡
2Λ3.0；^(-30—~SY/T0315
耐磨性(CslO砂轮，y
3mg彡40GB/T1768
lkg,1000r)
_7]~附着力(撬剥法，90:~SY/T0315或
4级I?2
"C，15 天)GB/T1733
粘结强度(拉开法,~
5.,ν πMPa彡35GB/T6329
5个样品的平均值)____
阴极剥离(65 "C，一~
6mm彡 5.0 SY/T0315
1.5V, 48h)
7电气强度MV/m 彡 35 GB/T 1408.1
8体积电阻率Ω.πι SilXlO13 GB/T1410
蒸馏水增重率(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]优选的，所述外层钢筒2上设有多个开孔2a。所述开孔2a使得混凝土填充结构4的混凝土与外层混凝土层5的混凝土连接，连接点对外层混凝土层5起到锚固作用，增加外层混凝土层5与外层钢筒2的结合强度。参见图7。
[0020]优选的，所述外层钢筒2外表面为不光滑表面。可以通过对外层钢筒2进行喷砂打毛或制成沿轴向方向的凹凸面等方式制成不光滑表面，增加外层钢筒2的粗糙度，有效增加外层钢筒2外的外层混凝土层5的结合力。参见图6。
[0021]优选的，所述钢带的数量为大于等于I条。当钢带的数量为I条时，所述钢带至少完成一个圆周缠绕；当钢带的数量为多条时，所述钢带沿着内层钢筒I均匀布置。钢带的数量、沿大口径给、排水管径向的高度取决于设计强度、制作成本。增加钢带高度可以有效增加受力强度，同时需要增加成本。
[0022]优选的，所述钢带与内层钢筒I的螺旋角度为5°?90°。所述螺旋角度为钢带在内层钢筒I上的焊接线与该点在内层钢筒I径向平面内切线的夹角。如将内层钢筒I展开，为焊接线与径向的夹角Θ，参见附图4和附图5。当螺旋角度为90°时，钢带沿内层钢筒I轴向方向焊接。
[0023]优选的，所述钢带的截面具体为长方形、梯形、波浪形、U形或V形。使管材具有优异的环向刚性和强度。
[0024]优选的，所述钢带沿大口径给、排水管径向的高度为20mm?150mm。在满足刚性和硬度的同时节省原材料，同时降低重量。
[0025]所述混凝土填充结构4为C40以上的免振捣自密实混凝土。免振捣自密实混凝土是高性能混凝土的一种，其最主要的性质是能够在自重下不用振捣，自行填充模板内的空间，形成密实的混凝土结构。此外它还具有良好的力学性能与耐久性能，这是一种从混凝土拌合物开始直至硬化后的使用期都被全面考虑的高性能混凝土，其优越性主要表现在:提高混凝土的密实性和耐久性，避免漏振、过振等施工中的人为因素以及配筋密集、结构形成复杂等不利条件对施工质量的影响；降低作业强度，节省劳力、振捣机具和电能消耗；可消除振捣噪声，改善环境，缓解施工扰民的矛盾；简化工序，缩短工期，提高效率。
[0026]免振捣自密实混凝土，按照相关免振捣自密实混凝土配制及施工的规范要求，采用坍落度250mm,扩展度600mm,中边差25mm,流下时间6-16S,四项指标是可行的,有良好的粘聚性、流动性和保水性，使混凝土自密实。
[0027]本实用新型具有以下有益的效果:
[0028]本实用新型所述的带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管，抗腐蚀效果好，经久耐用，制作过程简单，在满足刚度和强度的同时降低重量和生产成本，具有较大的社会和经济价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型实施例的结构示意图；
[0030]图2为本实用新型实施例牺牲阳极布置方式的剖视图；
[0031]图3为本实用新型实施例牺牲阳极布置方式的俯视图；
[0032]图4为本实用新型实施例内层钢筒和钢带的结合示意图；
[0033]图5为本实用新型实施例钢带在内层钢筒上的焊接线与径向的夹角示意图；
[0034]图6为本实用新型实施例外层钢筒不光滑表面示意图；
[0035]图7为本实用新型实施例外层钢筒上带有开孔的示意图；
[0036]图8为本实用新型实施例顶管接头处理方式的示意图；
[0037]图中:1、内层钢筒；2、外层钢筒；3、增强结构；4、混凝土填充结构；5、外层混凝土层；6、内层混凝土层；7、牺牲阳极；8、钢支腿；9、绝缘涂层；10、接头；11、接口 ；lla、接口自由部分；llb、接口焊接部分；12、承插口 ；13、注胶孔；14、密封胶。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。
[0039]实施例1
[0040]如图1-8所示，一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管，所述大口径给、排水管顶管包括内层钢筒1、外层钢筒2、增强结构3、混凝土填充结构4、外层混凝土层5、内层混凝土层6 ;所述增强结构3设于内层钢筒I和外层钢筒2之间，所述增强结构3具体为缠绕内层钢筒I外并与内层钢筒I和外层钢筒2焊接固定的钢带，所述内层混凝土层6设于内层钢筒I内部，所述外层混凝土层5设于外层钢筒2外部，所述混凝土填充结构4位于内层钢筒1、外层钢筒2和增强结构3之间的空隙中；所述外层混凝土层5中还设有牺牲阳极7和钢支腿8，所述钢支腿8焊接在外层钢筒2外表面，所述牺牲阳极7通过钢支腿8与外层钢筒2连接，所述牺牲阳极7为弧形，所述牺牲阳极7的外表面与外层混凝土层5的外表面处于同一曲面，所述牺牲阳极7与外层混凝土层5的接触面设有绝缘涂层9。
[0041]以往钢质顶管的阴极保护在顶管施工顶进到位后进行，因为钢质顶管外壁没有牺牲阳极的搭载平台，如果焊接在钢管外，牺牲阳极会增加顶进推力，且容易在顶进过程中脱落。本实用新型与以往钢质顶管的阴极保护方式不同，将牺牲阳极7镶嵌入外层混凝土层5中，在顶管实施时将牺牲阳极7 —同送入指定位置。
[0042]所述外层钢筒2上设有多个开孔2a。所述开孔2a使得混凝土填充结构4的混凝土与外层混凝土层5的混凝土连接，连接点对外层混凝土层5起到锚固作用，增加外层混凝土层5与外层钢筒2的结合强度。参见图7。
[0043]所述外层钢筒2外表面为不光滑表面。可以通过对外层钢筒2进行喷砂打毛或制成沿轴向方向的凹凸面等方式制成不光滑表面，增加外层钢筒2的粗糙度，有效增加外层钢筒2外的外层混凝土层5的结合力。参见图6。
[0044]所述钢带的数量为大于等于I条。当钢带的数量为I条时，所述钢带至少完成一个圆周缠绕；当钢带的数量为多条时，所述钢带沿着内层钢筒I均匀布置。钢带的数量、沿大口径给、排水管径向的高度取决于设计强度、制作成本。增加钢带高度可以有效增加受力强度，同时需要增加成本。
[0045]所述钢带与内层钢筒I的螺旋角度为5°?90°。所述螺旋角度为钢带在内层钢筒I上的焊接线与该点在内层钢筒I径向平面内切线的夹角。如将内层钢筒I展开，为焊接线与径向的夹角Θ，参见附图4和附图5。当螺旋角度为90°时，钢带沿内层钢筒I轴向方向焊接。
[0046]所述钢带的截面具体为长方形、梯形、波浪形、U形或V形。使管材具有优异的环向刚性和强度。
[0047]所述钢带沿大口径给、排水管径向的高度为20mm?150mm。在满足刚性和硬度的同时节省原材料，同时降低重量。
[0048]所述混凝土填充结构4为C40以上的免振捣自密实混凝土。免振捣自密实混凝土是高性能混凝土的一种，其最主要的性质是能够在自重下不用振捣，自行填充模板内的空间，形成密实的混凝土结构。此外它还具有良好的力学性能与耐久性能，这是一种从混凝土拌合物开始直至硬化后的使用期都被全面考虑的高性能混凝土，其优越性主要表现在:提高混凝土的密实性和耐久性，避免漏振、过振等施工中的人为因素以及配筋密集、结构形成复杂等不利条件对施工质量的影响；降低作业强度，节省劳力、振捣机具和电能消耗；可消除振捣噪声，改善环境，缓解施工扰民的矛盾；简化工序，缩短工期，提高效率。
[0049]免振捣自密实混凝土，按照相关免振捣自密实混凝土配制及施工的规范要求，采用坍落度250mm,扩展度600mm,中边差25mm,流下时间6-16S,四项指标是可行的,有良好的粘聚性、流动性和保水性，使混凝土自密实。
[0050]实施例2
[0051]制作过程:
[0052](I)钢筒成型
[0053]首先制作内层钢筒1，采用螺旋钢筒卷焊机焊制内层钢筒1，在焊接内层钢筒I时，沿着内层钢筒I焊缝处螺旋焊制钢带，钢带沿着内层钢筒I均匀布置，钢带数量可控制在1-15条之间，当钢带的数量为I条时，钢带至少完成一个圆周缠绕，钢带螺旋角度控制在5°?90°之间。采用螺旋焊接时，要根据内层钢筒I直径、钢带螺旋角度、所用钢带宽及所需搭接的钢带缝宽度来计算内层钢筒I螺旋周长(每一节距)以确保焊接质量和经济用料。
[0054](2)焊接外层钢筒
[0055]沿着钢带外沿焊制外层钢筒2，采用螺旋钢筒卷焊机焊制外层钢筒2，内外钢筒I通过钢带形成一个整体双层钢筒。
[0056](3)安装牺牲阳极
[0057]牺牲阳极7的安装是在灌注外层混凝土层5混凝土之前焊接在外层钢筒2外壁指定位置，装上外层混凝土层5模具后，牺牲阳极7外表面与模具内面较近。在将该管顶入之前，将牺牲阳极7外表面的混凝土打磨掉，通常这层混凝土很薄，保证露出光洁表面，以利牺牲阳极7工作。
[0058](3)混凝土灌注
[0059]为了保证混凝土的顺利灌注及充分密实，采用C40以上的免振捣自密实混凝土，从上至下一次性灌注成型外层混凝土层5、内层混凝土层6、混凝土填充结构4。
[0060]实施例3
[0061]牺牲阳极的选择及布置方式:
[0062]牺牲阳极7的尺寸与保护年限、被保护管的尺寸及采用的材料有关。牺牲阳极7的四个角处设有钢支腿8，钢支腿8采用与内层钢筒1、外层钢筒2相同的材质。钢支腿8的脚在外层钢筒2成型后焊接在外层钢筒2上靠近接头10的位置，牺牲阳极7设置在靠近管接口 11处，具体结构见图2和图3。由于安装在外层钢筒2外壁的牺牲阳极7只负责保护被安装牺牲阳极7的管道，牺牲阳极7用量较少，尺寸也较小。如公称直径3米、长4米的管道，需要的牺牲阳极7为弧长I米、轴向0.45米、厚度2厘米的锌阳极，或弧长I米、轴向0.25米、厚度2厘米的镁合金阳极。牺牲阳极7尺寸小，对混凝土整体结构和顶进等均不会带来大的影响。除牺牲阳极7的外表面，其余面均采用绝缘涂层绝缘。这样使得只有暴露在土壤中阳极面能够工作，这样避免了牺牲阳极7与外层混凝土层5混凝土接触面发生腐蚀后，产生腐蚀产物会膨胀破坏外层混凝土层5混凝土的完整性。同时，将牺牲阳极7的钢支腿8和焊接脚也涂覆绝缘涂层。牺牲阳极7预先焊接在外层钢筒2上，装入模具内后，浇注混凝土形成外层混凝土层5。
[0063]实施例4
[0064]顶管接头的处理方式:
[0065]本实用新型对顶管接头10也进行了新的设计，见图8。由于管道主体采用了双筒钢筒，则本实用新型顶管的接口采用刚性接口 11 (钢环)，将钢环焊接在外层钢筒2上，采用双焊缝。接口 11自由部分Ila高于接口 11焊接部分11b，这样保证空间承插到位。在未焊接的承插口 12的一侧，预先留有用于密封的注胶孔13。在承插口 12安装到位后，从管内采用高压注胶设备，将密封胶14注入承插口 12内。密封胶14可以选择聚硫橡胶等固类型，在施工要求的时间内固化成型，经打压试验后确认满足密封要求。对于承插口 12，防腐十分关键，这里可能是腐蚀的重点区域。因此，在焊接完承插口 12后，用重腐蚀涂料，如无溶剂环氧等对承插口 12进行防腐保护，尤其是对焊缝处，应加强防腐处理。在承插口 12安装到位后，检查承插口 12的防腐情况，如果满足要求，则在承插口 12外进行混凝土包覆，包覆混凝土时需要采用外包带。
[0066]实施例5
[0067]下面以如下尺寸的大口径给、排水管为例，对比不同管线的重量和生产成本:
[0068]大口径给、排水管的尺寸为:大口径给、排水管管内直径为3000mm，管轴向长度为4000mm,管壁厚度为224mm ；
[0069]其中:内层钢筒I和外层钢筒2的钢板厚度为2mm ；内层混凝土层6和外层混凝土层5的厚度为50mm ;钢带沿大口径给、排水管径向的高度为120mm,混凝土填充结构4的厚度为120mm。
[0070]钢带的个数为10个，沿着内层钢筒I均匀布置，螺旋角度为30°，
[0071]以双层钢丝PCCP为单位重量，本实用新型的重量与双层钢丝的PCCP管接近，高于单层钢丝PCCP管约3%。远低于顶进法用的钢筋混凝土管，重量下降约30%，这对于顶管施工而言会降低运输和施工成本。
[0072]按照2013年四季度的市场价格，包含加工成本，钢管的价格远高于钢混结构管，高一倍以上。而在钢混结构管中，顶进法施工的钢筋混凝土成本最高，如采用本实用新型结构，成本将下降25%左右。此外，本实用新型成本较双层钢丝PCCP管低7%左右，比单层钢丝PCCP管高9%左右。
[0073]实施例6
[0074]大口径给、排水管模型试验计算:
[0075]经过有限元软件的计算，该管道结构无论是在施工状态下还是在正常使用状态下均处于安全状态，且有较大的安全系数。初步证明了该设计结构的合理性和可行性。但是因为有限元软件的数值模拟存在模型简化和近似计算等问题，可能还会与地下管道实际的工作情况有一定差异，为了进一步验证所设计地下管道结构的合理性，对其进行实验室试验。
[0076]根据模型试验的相似原理(包括几何相似、质量相似、物理相似、荷载相似)，制定了以下试验模型。
[0077]主要尺寸有:
[0078](I)大口径给、排水管管内直径为362mm,管轴向长度为700mm,管壁厚度为94mm,管外直径550mm ；
[0079](2)钢带高度为30mm，钢带厚度为2mm，钢带数量为2个，螺旋角度为30° ;
[0080](3)外层钢筒2钢板厚度为2mm,内层钢筒I钢板厚度为2mm ；
[0081](4)外层混凝土层5厚度为30mm,内层混凝土层6厚度为30mm,混凝土填充结构4厚度为30mm。
[0082]主要材料有:
[0083](I)钢带、外层钢筒2、内层钢筒I采用Q235热轧薄钢板；
[0084](2)外层混凝土层5、内层混凝土层6、混凝土填充结构4采用C40以上的免振捣自密实混凝土。
[0085]单轴压缩试验是模拟管道顶管施工的极端受力情况，也就是最不利受力情况。从单轴压缩试验来看，试件轴向允许最大顶力为2700KN-2800KN。
[0086]径向压缩试验是在径向最不利的受力情况，因为此时管腰处会存在较大的拉应力，从而破坏管道。而在实际管道服役过程中，该处会有周围介质的压应力从而使得管道可以承受更大的压应力。从径向压缩试验来看，试件径向允许最大压力为400KN，该值也能满足管道服役的径向压力要求。
[0087]下面将本实施例大口径给、排水管模型与正在采用的、商品化的钢筋混凝土顶管进行最大顶力比较，
[0088]在《给水排水工程顶管技术规程》中，根据钢筋混凝土管承载能力极限状态计算规定，管道允许最大顶力计算公式为
[0089]Fdr = 0.5 f Ap
YQdYfi
[0090]式中:Fd。-混凝土管道允许顶力设计值。
[0091]φ r混凝土材料受压强度折减系数，可取0.90。
[0092]Φ2-偏心受压强度提高系数，可取1.05。
[0093]φ 3-材料脆性系数,可取0.85。
[0094]φ 5-混凝土强度标准调整系数，可取0.79。
[0095]fc-混凝土受压强度设计值。
[0096]Ap-管道的最小有效传力面积。
[0097]Y Qd_顶力分项系数，可取1.3。
[0098]则计算在管道尺寸、混凝土强度相同情况下混凝土管道允许顶力设计值。这里混凝土受压强度设计值取为40KN/m2，管道的最小有效传力面积Ap = 1/4.π [5502_3622]=
1.346 X 15Him2。
[0099]则混凝土管道允许顶力设计值Fde为2105.5ΚΝ。
[0100]对比得知，在尺寸相同、混凝土强度相同情况下，本实施例大口径给、排水管模型允许顶力设计值要比混凝土管道允许顶力设计值高28.2% -32.9%。
[0101]实施例7
[0102]绝缘涂层9的选择:
[0103]所述绝缘涂层9具体为无溶剂环氧耐久性涂层。所述无溶剂环氧耐久性涂层为甲组分和乙组分按重量比为10:3的比例均匀混合而成，所述甲组分为环氧树脂、二氧化钛、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙、液态聚硫橡胶六种材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而成，所述乙组分为曼尼希胺、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙四种材料按重量比3:1:1:1的比例混合而成。无溶剂环氧耐久性涂层具体组分配比见表I。
[0104]所述无溶剂环氧耐久性涂层在混凝土环境下能长期保持绝缘性，且与外层混凝土层5和牺牲阳极7均结合很好，其结合界面处不会在长期应用过程中出现裂纹，引起两方面不利现象，一方面是裂纹存在使得腐蚀介质、如水溶液等渗入到外层钢筒2表面引起腐蚀，另一方面，牺牲阳极7材料在与外层混凝土层5接触的界面处发生溶解，其过程产生的腐蚀产物会因为膨胀而损坏外层混凝土层5，造成很大的缺陷。无溶剂环氧耐久性涂层特性见表2，该特性保证了在较长的服役期间内老化程度很小，能满足牺牲阳极7材料在外层混凝土层5中的绝缘性。
[0105]表I无溶剂环氧耐久性涂层组分配比
组成型号 I重量丨重量合计
环氧树脂E5140
二氧化钛?工石H)
甲组份■
[0106]氧化?丐__矿石粉__1_
__液态聚硫橡胶分子量1200~3000 15__
曼尼希胺__T3I__15
I桂酸妈矿石粉5~
乙组二氧化硅粉30
_氧化1?矿石粉5—~_
[0107]表2无溶剂环氧耐久性涂层特性
序号测试项目单位技术性能指标执行标准
,, 平整、色泽均η、ΠιΙ
1外观/^ ^目测
匀、无气泡
抗 3.0J 冲击性(-30
2/无裂纹SY/T0315
w )
耐磨性(CslO砂轮，^
3mg <40 GB/T 1768
__lkg,1000r)______
, 附着力C撬剥法，90 ,n.αSY/T0315或
_8]4V’ 15 天)及1 ?2GB/T1733
~粘结强度(拉开法，Γ~~
5ι,λ.-,-.α, /-+- MPa多35GB/T 6329
5个样品的平均值)____.阴极剥离(65°C,—<cv/T m I
6mm ^5.0SY/T 0315
_ 1.5V, 48h) _
'7电气强度MV/m彡 35GB/T 1408.1
8体积电阻率Ω.πι5sIX113 GB/T 1410
? 蒸馏水增重率(60 n/ASTMD570或
9%0
__°C，浸泡 15 天)___'__GB/T1733
[0109] 上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管，其特征在于:所述大口径给、排水管顶管包括内层钢筒(I)、外层钢筒(2)、增强结构(3)、混凝土填充结构(4)、外层混凝土层(5)、内层混凝土层(6);所述增强结构(3)设于内层钢筒(I)和外层钢筒(2)之间，所述增强结构⑶具体为缠绕内层钢筒⑴外并与内层钢筒⑴和外层钢筒⑵焊接固定的钢带，所述内层混凝土层(6)设于内层钢筒(I)内部，所述外层混凝土层(5)设于外层钢筒(2)外部，所述混凝土填充结构(4)位于内层钢筒(I)、外层钢筒(2)和增强结构(3)之间的空隙中；所述外层混凝土层(5)中还设有牺牲阳极(7)和钢支腿(8)，所述钢支腿(8)焊接在外层钢筒(2)外表面，所述牺牲阳极(7)通过钢支腿(8)与外层钢筒(2)连接，所述牺牲阳极(7)为弧形，所述牺牲阳极(7)的外表面与外层混凝土层(5)的外表面处于同一曲面，所述牺牲阳极(7)与外层混凝土层(5)的接触面设有绝缘涂层(9)。
2.按照权利要求1所述的一种大口径给、排水管，其特征在于:所述绝缘涂层(9)具体为无溶剂环氧耐久性涂层。
3.按照权利要求1所述的一种大口径给、排水管，其特征在于:所述外层钢筒(2)上设有多个开孔(2a)。
4.按照权利要求1所述的一种大口径给、排水管，其特征在于:所述外层钢筒(2)外表面为不光滑表面。
5.按照权利要求3所述的一种大口径给、排水管，其特征在于:所述外层钢筒(2)外表面为不光滑表面。
6.按照权利要求1-5任一所述的一种大口径给、排水管，其特征在于:所述钢带的数量为大于等于I条。
7.按照权利要求6所述的一种大口径给、排水管，其特征在于:所述钢带与内层钢筒(I)的螺旋角度为5°?90°。
8.按照权利要求7所述的一种大口径给、排水管，其特征在于:所述钢带的截面具体为长方形、梯形、波浪形、U形或V形。
9.按照权利要求8所述的一种大口径给、排水管，其特征在于:所述钢带沿大口径给、排水管径向的高度为20mm?150mm。
【文档编号】F16L9/153GK204004849SQ201420316756
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】李京, 魏英华, 吕晨曦, 刘阳, 赵国强, 史杰智, 李晓东, 陆卫中, 高英 申请人:中国科学院金属研究所