玻璃钢管在油气长输管道行业中的应用研究

朱海瑞

摘 要：玻璃钢管在市政给排水工程中有着广泛的应用，但是在油气长输管道领域中尚未有应用，本文对玻璃钢套管的特点进行研究，论证了其在长输管道中应用的可行性。

关键词：玻璃钢管；混凝土管；不均匀沉降；顶管

1 玻璃纤维增强塑料管定义

以无碱玻璃纤维及其制品为增强材料，以热固性树脂为基体材料，包含（或不含）石英砂等颗粒材料夹芯层，按一定工艺方法制成的用于地下顶进施工的管道。以下简称玻璃钢管

玻璃纤维增强塑料顶管具有抗化学腐蚀、抗电腐蚀、流量大、使用寿命相对长等特点，又具有顶管施工所期望的管壁与土体摩阻力小、重量轻、运输方便、支承纵向顶力能力大的优点。

玻璃纤维增强塑料管在浙江东部沿海的给排水及污水管线工程中应用广泛，特别是在软土地基段，由于玻璃钢管防止不均匀沉降的能力较强，有着广泛的应用。

2 玻璃钢管的优点

目前，油气长输管道顶管均采用钢筋混凝土套管或者钢套管，尚未有使用玻璃钢管的先例，随着科学技术的进步，玻璃钢管越来越多的被应用在给排水领域，代替传统的钢筋混凝土套管，玻璃钢管与钢筋混凝土套管相比具有以下優点：

（1）管道最大允许顶力大

以管径2，000mm，壁厚200mm的钢筋混凝土套管与管径2，000mm，壁厚50mm的玻璃钢套管进行比较。根据《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》内径2，000mm，壁厚200mm钢筋混凝土套管允许顶力为7，900kN；根据《玻璃纤维增强塑料顶管》GB/T21482，管径2000mm，壁厚50mm的玻璃钢套管的允许顶力为5，980kN，而如果壁厚相同，玻璃钢管的允许顶力达到23，900kN，几乎是钢筋混凝土管的3倍。而且玻璃钢管的最大允许顶力可以很容易的通过增加壁厚来增强。

（2）顶管施工所需顶力小

管道顶进过程中所需的顶进力可按下式计算：

根据以上公式，分别对不同长度，不同管径的顶管所需顶进力进行计算，结果如表2。

由于玻璃钢管与周围土体的摩阻小，同时在满足相同施工所需顶力的情况下，玻璃钢管外径更小，所以顶管施工中玻璃钢管所需的施工顶力更小。由以上分析可知，在常用的几种规格的顶管，混凝土管所需的顶力约是玻璃钢管所需顶力的1.4～1.6倍，顶进长度越长，采用玻璃钢管越能有效的减小顶管所需的顶力，从而降低对顶进设备的需求，同时对于长距离顶管，可以有效减少中继间的数量，节省施工成本。

（3）运输及吊装更加便捷

钢筋混凝土的比重为25～27kN/m3，玻璃钢管的比重约为17～20kN/m3，而玻璃钢管所需的壁厚更小，因此，玻璃钢管在运输及吊装、安装上与混凝土管相比更加便捷。

（4）强度更高

玻璃钢管的轴向极限抗压强度为90N/mm2，而C50的混凝土管仅为50N/mm2。

3 玻璃钢管在油气长输管道中的应用研究

通过以上分析以及玻璃钢管在其它领域中的应用先例来看，玻璃钢管顶管在油气长输管道中进行应用上是可行的，但是由于玻璃钢管在油气长输管道中还未曾有应用的实例，根据玻璃钢管的一些特点提出以下几点设想：

（1）软土地基段的应用

软土地基段的顶管，在外力作用下很容易造成套管的不均匀沉降，从而使得相邻套管之间出现错缝，甚至脱节，大量淤泥涌入套管内，造成顶管失败。采用玻璃钢管可以有效的减缓上述问题，原因如下：

1）玻璃钢管的一般长度为6～12m，大大减少了套管的接头数量，从而减少了套管接头处发生故障的概率；

2）玻璃钢管采用柔性连接，玻璃钢管的允许偏角约为混凝土管的3～4倍，即使受外力作用，在一定程度上接头处仍能保持密封完好，外部泥土涌入套管内导致套管脱节问题发生的概率较小。

3）淤泥质地段地下水压力较大，玻璃钢套管采用套筒式连接，可以有效防止地下水的渗入，降低了后续管道安装的风险及难度。

（2）长距离顶管中的应用；

随着技术的发展，顶管长度越来越长，管径越来越大，施工设备的顶进能力成为顶管施工成败的一项关键因素。根据分析，玻璃钢管顶管所需的顶力仅为混凝土管的70%，采用玻璃钢管作为顶进套管，可以有效的减少对顶进设备顶进力的需求，同时也可以减少中继间的数量。

玻璃钢管与管体周边土体的摩阻小，使用玻璃钢管可以大大加快施工进度，据调研，玻璃钢管在淤泥地质内单坑最大顶进长度可达261m，同时采用玻璃钢套管，套管之间的接头少，可以大幅度提高施工效率。对于长距离顶管而言，采用玻璃钢管，施工进度更加容易保证。

（3）在曲线顶管中的应用

曲线顶管在油气长输管道中越来越普遍，在曲线顶管中玻璃钢管具备传统混凝土管所不具备的优势，主要原因是：玻璃钢管的允许偏转角度大，管端垂直度高，在曲率顶管中，套管之间的传力更加可靠，精度更加容易控制。同时玻璃钢管重量轻，套管之间采用套筒连接，纠偏更加方便。

（4）地域狭窄地段的应用

在相同的管道内径下，玻璃钢管的外径更小，对于DN2000的玻璃钢管，其外径比相同内径的混凝土管小0.3m。在经济发达地区，地下管网错综复杂，管道的位置、标高往往受限很大，套管外径的减少可以大大减少与地下建构筑物交叉的风险。

（5）定向钻穿越时隔离不良地质层且无电流屏蔽

定向钻穿越时遇到卵石、碎石等不良地质时，需采取保护套管对不良地质层进行隔离，目前工程中惯用的是采用钢套管对主管道进行隔离，不仅投资高，而且由于保护套管夯击进入到不良地质层后，再行取出施工难度大，费用高；而如果不取出，钢管又会对管道的强制电流产生屏蔽作用，影响阴极保护的效果，不利于管道的安全运行，采用玻璃钢管作为保护套管隔离不良地质层，不用取出也不会影响管道阴极保护的效果。

（6）有效防止管道防腐层的破坏

对于长距离顶管，主管道穿管时，施工不当很容易对主管道防腐层造成损坏，而玻璃钢套管内壁光滑，更有利于保护管道的防腐层。

4 结论

玻璃钢管在市政、交通等领域中已经有着广泛的应用，关于玻璃钢管的制作标准及玻璃钢顶管的施工工艺等方面的国家标准及规定也日趋完善。通过以上研究，玻璃钢管在油气长输管道中进行应用有着其它管道所不具备的优势，但是玻璃钢套管顶管在油气长输管道中尚未有应用的工程先例，还需进一步的研究。

参考文献

[1] 韩小鸣. 玻璃钢管与预应力钢筋混凝土管的比选[J]. 山西建筑

[2] 蒯军华. 玻璃钢夹砂管的顶管施工技术及应用前景[J]，建筑施工