玻璃鋼管在油氣長輸管道行業中的應用研究

朱海瑞

摘 要：玻璃鋼管在市政給排水工程中有著廣泛的應用，但是在油氣長輸管道領域中尚未有應用，本文對玻璃鋼套管的特點進行研究，論證了其在長輸管道中應用的可行性。

關鍵詞：玻璃鋼管；混凝土管；不均勻沉降；頂管

1 玻璃纖維增強塑料管定義

以無堿玻璃纖維及其制品為增強材料，以熱固性樹脂為基體材料，包含（或不含）石英砂等顆粒材料夾芯層，按一定工藝方法制成的用于地下頂進施工的管道。以下簡稱玻璃鋼管

玻璃纖維增強塑料頂管具有抗化學腐蝕、抗電腐蝕、流量大、使用壽命相對長等特點，又具有頂管施工所期望的管壁與土體摩阻力小、重量輕、運輸方便、支承縱向頂力能力大的優點。

玻璃纖維增強塑料管在浙江東部沿海的給排水及污水管線工程中應用廣泛，特別是在軟土地基段，由于玻璃鋼管防止不均勻沉降的能力較強，有著廣泛的應用。

2 玻璃鋼管的優點

目前，油氣長輸管道頂管均采用鋼筋混凝土套管或者鋼套管，尚未有使用玻璃鋼管的先例，隨著科學技術的進步，玻璃鋼管越來越多的被應用在給排水領域，代替傳統的鋼筋混凝土套管，玻璃鋼管與鋼筋混凝土套管相比具有以下優點：

（1）管道最大允許頂力大

以管徑2，000mm，壁厚200mm的鋼筋混凝土套管與管徑2，000mm，壁厚50mm的玻璃鋼套管進行比較。根據《頂進施工法用鋼筋混凝土排水管》內徑2，000mm，壁厚200mm鋼筋混凝土套管允許頂力為7，900kN；根據《玻璃纖維增強塑料頂管》GB/T21482，管徑2000mm，壁厚50mm的玻璃鋼套管的允許頂力為5，980kN，而如果壁厚相同，玻璃鋼管的允許頂力達到23，900kN，幾乎是鋼筋混凝土管的3倍。而且玻璃鋼管的最大允許頂力可以很容易的通過增加壁厚來增強。

（2）頂管施工所需頂力小

管道頂進過程中所需的頂進力可按下式計算：

根據以上公式，分別對不同長度，不同管徑的頂管所需頂進力進行計算，結果如表2。

由于玻璃鋼管與周圍土體的摩阻小，同時在滿足相同施工所需頂力的情況下，玻璃鋼管外徑更小，所以頂管施工中玻璃鋼管所需的施工頂力更小。由以上分析可知，在常用的幾種規格的頂管，混凝土管所需的頂力約是玻璃鋼管所需頂力的1.4～1.6倍，頂進長度越長，采用玻璃鋼管越能有效的減小頂管所需的頂力，從而降低對頂進設備的需求，同時對于長距離頂管，可以有效減少中繼間的數量，節省施工成本。

（3）運輸及吊裝更加便捷

鋼筋混凝土的比重為25～27kN/m3，玻璃鋼管的比重約為17～20kN/m3，而玻璃鋼管所需的壁厚更小，因此，玻璃鋼管在運輸及吊裝、安裝上與混凝土管相比更加便捷。

（4）強度更高

玻璃鋼管的軸向極限抗壓強度為90N/mm2，而C50的混凝土管僅為50N/mm2。

3 玻璃鋼管在油氣長輸管道中的應用研究

通過以上分析以及玻璃鋼管在其它領域中的應用先例來看，玻璃鋼管頂管在油氣長輸管道中進行應用上是可行的，但是由于玻璃鋼管在油氣長輸管道中還未曾有應用的實例，根據玻璃鋼管的一些特點提出以下幾點設想：

（1）軟土地基段的應用

軟土地基段的頂管，在外力作用下很容易造成套管的不均勻沉降，從而使得相鄰套管之間出現錯縫，甚至脫節，大量淤泥涌入套管內，造成頂管失敗。采用玻璃鋼管可以有效的減緩上述問題，原因如下：

1）玻璃鋼管的一般長度為6～12m，大大減少了套管的接頭數量，從而減少了套管接頭處發生故障的概率；

2）玻璃鋼管采用柔性連接，玻璃鋼管的允許偏角約為混凝土管的3～4倍，即使受外力作用，在一定程度上接頭處仍能保持密封完好，外部泥土涌入套管內導致套管脫節問題發生的概率較小。

3）淤泥質地段地下水壓力較大，玻璃鋼套管采用套筒式連接，可以有效防止地下水的滲入，降低了后續管道安裝的風險及難度。

（2）長距離頂管中的應用；

隨著技術的發展，頂管長度越來越長，管徑越來越大，施工設備的頂進能力成為頂管施工成敗的一項關鍵因素。根據分析，玻璃鋼管頂管所需的頂力僅為混凝土管的70%，采用玻璃鋼管作為頂進套管，可以有效的減少對頂進設備頂進力的需求，同時也可以減少中繼間的數量。

玻璃鋼管與管體周邊土體的摩阻小，使用玻璃鋼管可以大大加快施工進度，據調研，玻璃鋼管在淤泥地質內單坑最大頂進長度可達261m，同時采用玻璃鋼套管，套管之間的接頭少，可以大幅度提高施工效率。對于長距離頂管而言，采用玻璃鋼管，施工進度更加容易保證。

（3）在曲線頂管中的應用

曲線頂管在油氣長輸管道中越來越普遍，在曲線頂管中玻璃鋼管具備傳統混凝土管所不具備的優勢，主要原因是：玻璃鋼管的允許偏轉角度大，管端垂直度高，在曲率頂管中，套管之間的傳力更加可靠，精度更加容易控制。同時玻璃鋼管重量輕，套管之間采用套筒連接，糾偏更加方便。

（4）地域狹窄地段的應用

在相同的管道內徑下，玻璃鋼管的外徑更小，對于DN2000的玻璃鋼管，其外徑比相同內徑的混凝土管小0.3m。在經濟發達地區，地下管網錯綜復雜，管道的位置、標高往往受限很大，套管外徑的減少可以大大減少與地下建構筑物交叉的風險。

（5）定向鉆穿越時隔離不良地質層且無電流屏蔽

定向鉆穿越時遇到卵石、碎石等不良地質時，需采取保護套管對不良地質層進行隔離，目前工程中慣用的是采用鋼套管對主管道進行隔離，不僅投資高，而且由于保護套管夯擊進入到不良地質層后，再行取出施工難度大，費用高；而如果不取出，鋼管又會對管道的強制電流產生屏蔽作用，影響陰極保護的效果，不利于管道的安全運行，采用玻璃鋼管作為保護套管隔離不良地質層，不用取出也不會影響管道陰極保護的效果。

（6）有效防止管道防腐層的破壞

對于長距離頂管，主管道穿管時，施工不當很容易對主管道防腐層造成損壞，而玻璃鋼套管內壁光滑，更有利于保護管道的防腐層。

4 結論

玻璃鋼管在市政、交通等領域中已經有著廣泛的應用，關于玻璃鋼管的制作標準及玻璃鋼頂管的施工工藝等方面的國家標準及規定也日趨完善。通過以上研究，玻璃鋼管在油氣長輸管道中進行應用有著其它管道所不具備的優勢，但是玻璃鋼套管頂管在油氣長輸管道中尚未有應用的工程先例，還需進一步的研究。

參考文獻

[1] 韓小鳴. 玻璃鋼管與預應力鋼筋混凝土管的比選[J]. 山西建筑

[2] 蒯軍華. 玻璃鋼夾砂管的頂管施工技術及應用前景[J]，建筑施工