左耀齡
 

“通過(guò)樹(shù)的果實(shí)來(lái)評(píng)價(jià)這棵樹(shù)，而不是通過(guò)它的葉子”（希臘作家尤里披蒂(Euripides)，公元前484年-406年）

在向市政官員和咨詢工程師宣傳使用排水陶管產(chǎn)品時(shí)，我們頻頻地面臨這種議論“陶管的進(jìn)貨成本比起其它有競(jìng)爭(zhēng)性管材差別太大”。不錯(cuò)，當(dāng)興趣局限在某一個(gè)季節(jié)觀看樹(shù)葉時(shí)，對(duì)下水管道工程可以得到更廉價(jià)的管材。但是，當(dāng)我打定主意要為收獲果實(shí)而栽種一棵樹(shù)時(shí)，投資的回報(bào)會(huì)翻好幾番。這說(shuō)明就業(yè)經(jīng)證明的比起其它材料更加耐久性的優(yōu)點(diǎn)而論，陶管在本行業(yè)的工程師心中保持很高的信譽(yù)，這不僅是幾十年或幾世紀(jì)，而是幾千年之久。

今天制造陶管所使用的原料和過(guò)去還是一樣的，僅僅是生產(chǎn)工藝被精細(xì)地改變以生產(chǎn)出具有高質(zhì)量的產(chǎn)品，它們不僅可以抵抗侵蝕性日益增加的廢水的各種侵蝕，也可以承受業(yè)已增加的靜態(tài)動(dòng)態(tài)地面荷載，并在各種先進(jìn)的安裝技術(shù)中表現(xiàn)其優(yōu)越的性能，從而為各種城市基礎(chǔ)設(shè)施工程服務(wù)。

今天的陶管被設(shè)計(jì)得可適應(yīng)我們可能展望到的，在下水管網(wǎng)工程將來(lái)發(fā)展中會(huì)遇到的各種挑戰(zhàn)。
 

陶土奇跡：用一點(diǎn)土壤摻入水，并把它放在烈日之下。這就是從兩萬(wàn)年前開(kāi)始的瓦陶產(chǎn)品如何成功的歷史。5000年前的一個(gè)城市：哈布巴卡比拉（在今天敘利亞境內(nèi)），其城市下水管道是有超前意識(shí)城市規(guī)劃和很高的技術(shù)水平的證據(jù)。

在隨后多個(gè)世紀(jì)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及所設(shè)計(jì)的性質(zhì)的公認(rèn)的表現(xiàn)使瓦陶產(chǎn)品在各國(guó)被選擇作為建造下水管道和排水管道的最適宜的材料：

① 希臘，雅典，約公元前600年，使用粘土磚

② 意大利，羅馬，約公元前590年，使用粘土磚建造“斗獸場(chǎng)”中的一條排水集水管，其尺寸為3.30米×4.00米。并使用瓦陶管從DN 50 mm到DN 400 mm，每根管長(zhǎng)600 mm。

③ 德國(guó)，法蘭克福，在約公元1200年開(kāi)始建造它的下水管網(wǎng)，使用各種瓦陶管。

④ 德國(guó)，漢堡，在約公元1300年開(kāi)始建造它的下水管網(wǎng)，使用各種瓦陶管。

⑤ 奧地利，維也納，在公元1388年開(kāi)始建造它的下水管網(wǎng)，使用各種瓦陶管。

隨著下述發(fā)明：

① 1844年懷特海先生（Mr. Whitehead）發(fā)明垂直擠出陶管的機(jī)器，

② 1951年葛禮默博士（Dr. Cremer）發(fā)明隧道窯，陶管生產(chǎn)從勞力密集型改變?yōu)楣�業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
 

原料：粘土礦物（≤0.002 mm）和石英（≤0.002 ~ 0.100 mm）＋ 耐火粘土（陶渣）即已經(jīng)燒制的陶土產(chǎn)品（破碎并研磨成≤1.8 mm的粉末）＋ 水（約10% ~ 15%）＋ 加熱，在干燥過(guò)程中溫度約80℃，在隧道窯（連續(xù)窯）或穿梭式窯（間歇窯）中＜1250℃溫度環(huán)境下成形。

新產(chǎn)品稱為陶管，主要由玻璃、石英和多種莫來(lái)石（又稱高鋁紅柱尺）構(gòu)成。

① 在1926年，陶土管的第一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 1203-1206被采用，在1938年被德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 1230所替代。

② 在1990年所有歐洲國(guó)家的陶土管標(biāo)準(zhǔn)在歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 295下被協(xié)調(diào)統(tǒng)一。其中的第7部分規(guī)定了對(duì)頂管施工用陶管及接口的技術(shù)要求。

KERAMO STEINZEUG公司生產(chǎn)的各種頂管施工用陶管以CreaDig商標(biāo)出售。

對(duì)頂管施工用陶管的有效標(biāo)準(zhǔn)是：歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 12889。

作為生活污水管道的一個(gè)先決條件是管材在不同程度上應(yīng)滿足下述綜合要求：

① Impermeability不透水性                                 ⑤ Temperature Resistance耐溫度性

② Structural Strength結(jié)構(gòu)強(qiáng)度                            ⑥ Abrasion Resistance 耐磨蝕性

③ Hydraulic Smoothness水力學(xué)光滑性                ⑦ Corrosion Resistance耐腐蝕性

④ Impact Resistance 耐沖擊性                            ⑧ Service Life(Economics) 工作壽命（經(jīng)濟(jì)性）

陶管對(duì)所有要求，除了對(duì)沖擊的高忍耐性外，都能很好地滿足，所以被公認(rèn)具有超過(guò)100年的工作壽命。

非開(kāi)挖施工下水管道從技術(shù)上規(guī)定了另外的一些要求，諸如：

① 傳遞縱向力

② 在縱向承受極高的推力的能力

③ 細(xì)長(zhǎng)的管壁橫剖面

④ 光滑的管子外表面

⑤ 適宜頂管工藝的公稱長(zhǎng)度

CreaDig頂管施工用陶管就是按照這些技術(shù)要求而開(kāi)發(fā)的，所以它們應(yīng)該滿足顧主，微孔隧道挖掘施工各個(gè)系統(tǒng)的不同制造廠商和施工承包商的共同要求。

頂管施工用陶管的連續(xù)向前開(kāi)發(fā)的依據(jù)表現(xiàn)在下列對(duì)頂管施工用陶管的成套的規(guī)定上，用這些有效力的形式給出：

① 德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 295，第7部分－“用于排水管道和下水管道無(wú)管溝施工的陶管和接口需要滿足的技術(shù)要求”

② 德國(guó)登記認(rèn)證類經(jīng)濟(jì)分支規(guī)范RAL RG 534 VA－德國(guó)質(zhì)量保證及標(biāo)志學(xué)會(huì)（German Institute for Quality Assurance and Marking）發(fā)布的“頂管施工用陶管”

③ 德國(guó)污水技術(shù)協(xié)會(huì)ATV A 125－“排水管道和下水管道的無(wú)管溝施工”

④ 德國(guó)污水技術(shù)協(xié)會(huì)ATV A 165－“頂管施工用管的靜力學(xué)計(jì)算”

在上述標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的幫助下，在過(guò)去數(shù)年中，頂管接口和推力傳遞系統(tǒng)得到不斷的改進(jìn)，使頂管技術(shù)目前達(dá)到很高的水平。
 

CreaDig頂管施工用陶管在公稱直徑從DN 150到DN 1000的范圍制造（DN 1200正在試制中）。

頂管用陶管制成圓柱狀（不含承口）并使管身壁厚滿足頂管施工工藝的要求。在坯料制出之后，CreaDig陶管兩端被切割成平行端面，其外圓被研磨出空間以容納接合系統(tǒng)。由KERAMO STEINZEUG公司提供的管子接口及墊圈都是在公司的工廠里完成裝配的。

接合系統(tǒng)

① DN 150頂管用陶管的接合系統(tǒng)由未硫化橡膠彈性體和一個(gè)聚丙烯支承體構(gòu)成。

② 對(duì)公稱直徑DN 200到DN 500頂管用陶管，提供的是VT（Vortrieb）推進(jìn)接合系統(tǒng)。它有一個(gè)未硫化橡膠彈性體環(huán)，其兩端上各有雙重密封唇用以封閉一個(gè)環(huán)狀支承體。墊圈在該產(chǎn)品單件接合部件中是不可分割的一部分。

③ 對(duì)公稱直徑DN 400和DN 500管，墊圈可以用耐水浸泡并已浸漬樹(shù)脂的層壓木板或木碴板制造。

盡管使用CreaDig頂管施工用陶管及接口已有多年成功經(jīng)驗(yàn)，但很多潛在用戶對(duì)陶管使用在頂管施工的各種應(yīng)用上仍然很保守。這些用戶常常把耐沖擊性和抗壓強(qiáng)度混為一談。眾所周知，陶管耐沖擊性有限，但是具有很高程度的抗壓強(qiáng)度—這點(diǎn)正是我們所指望的。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 295，第7部分要求的抗壓強(qiáng)度值為75牛頓/平方毫米，而KERAMO STEINZEUG公司保證值為100牛頓/平方毫米。當(dāng)陶管抗壓強(qiáng)度是100牛頓/平方毫米時(shí)，它是鋼筋混凝土管抗壓強(qiáng)度的2.5倍。這樣的抗壓強(qiáng)度加上管子光滑的外表面意味著人孔和人孔之間上限頂管距離長(zhǎng)度值可以在任何情況下使用并且不必使用全部允許頂管推力。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 295第7部分對(duì)頂管強(qiáng)度的定義：

① 設(shè)計(jì)頂管負(fù)荷：須由陶管制造廠家根據(jù)頂管強(qiáng)度和接口及墊圈的專門(mén)設(shè)計(jì)給予說(shuō)明。

② 最大頂管工作負(fù)荷由下列系數(shù)確定：負(fù)荷偏心（系數(shù)取2.0）；安全性（對(duì)自動(dòng)方向操縱系統(tǒng)取1.6，對(duì)人工方向操縱系統(tǒng)取2.0）。

③ 最大頂管工作負(fù)荷：墊圈只能傳遞壓縮力，向帶有柔性接口的頂管施工用管施加的最大工作頂管負(fù)荷要考慮施加頂管推力時(shí)的偏心。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，所計(jì)算的偏心造成的應(yīng)力比為2.0。

對(duì)一根DN 500陶管計(jì)算最大頂管工作負(fù)荷：設(shè)計(jì)頂管負(fù)荷：8320千牛，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力比2.0，對(duì)自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)：8320/2.00×1.6＝2600千牛；對(duì)人工數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)：8320/2.00×2.0＝2080千牛。

STEINZEUG有限公司所給出的允許頂管推力已含本身內(nèi)在保護(hù)，可從下述DN 600管子示例中了解。在一個(gè)具有自動(dòng)記錄和監(jiān)測(cè)的頂管系統(tǒng)中，必須按德國(guó)污水技術(shù)協(xié)會(huì)ATV A 161-“頂管施工的靜力學(xué)計(jì)算”規(guī)定來(lái)考慮各種安全系數(shù)，對(duì)管材安全系數(shù)取2.0，對(duì)管子和管子之間相對(duì)的一定程度的（角度）偏斜安全系數(shù)取1.6。

為經(jīng)濟(jì)使用頂管施工用陶管，所使用的人孔到人孔（起始井到接收井）之間的長(zhǎng)度見(jiàn)表2。

鋼材的類別：

① EN 295第7部分對(duì)鋼材的最低要求：奧氏體鋼最低含鉻量17%，最低含鎳量8%。例如，3（中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB）；X10CrNi18-8；歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1.4310；

② Keramo Steinzeug公司頂管施工用陶管使用的標(biāo)準(zhǔn)鋼材：奧氏體鋼最低含鉻量17%，鎳12%，鉬2%。例如，320S17（中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB）；X6CrNiMoTi 17-12-2；歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1.4571

一般說(shuō)來(lái)鉬成分能改善鋼材耐腐蝕性，特別是對(duì)氯化物造成的點(diǎn)蝕。

在Creadig頂管施工用陶管上工廠所使用的不銹鋼符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1.14571（含2%鉬成分的奧氏體鋼）。

為檢查已經(jīng)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的管子質(zhì)量（例如，檢查在運(yùn)輸中造成的損壞），STEINZEUG有限公司要求（按德國(guó)污水技術(shù)協(xié)會(huì)ATV A 125“排水管道和下水管道無(wú)管溝施工”規(guī)定中的部分內(nèi)容），管子放入起始井前應(yīng)使用插口檢測(cè)裝置（測(cè)試壓力：15巴）對(duì)管子進(jìn)行檢測(cè)。在此進(jìn)行測(cè)試的目的是確保頂管施工時(shí)，管子不會(huì)以任何方式被損壞。

預(yù)應(yīng)力管端口：為減少在頂管操作過(guò)程中遇到的不希望的偏心負(fù)荷，對(duì)CreaDig頂管用陶管選定的尺寸范圍在工廠制造中應(yīng)用了一種預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

在亞琛技術(shù)大學(xué)工程機(jī)械與建筑專業(yè)研究所（RWTH Aachen）有一個(gè)由德國(guó)聯(lián)邦政府教育與研究部資助的研究項(xiàng)目，深入研究當(dāng)把頂管施工用管向前推進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的各種負(fù)荷。由于采用了一種新的測(cè)量技術(shù)，使研究人員第一次可以以一種高精確的圖像方式確定在被頂進(jìn)管子端面上的負(fù)荷分布。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，既使管子之間有很微小的角度偏差，在頂管施工用管的各個(gè)端面會(huì)發(fā)生相當(dāng)高的應(yīng)力集中。當(dāng)然，當(dāng)管子被驅(qū)使穿過(guò)地下，頂管施工用陶管之間不可避免會(huì)發(fā)生角度偏斜。這是由于諸如土壤成分變化以及頂管施工機(jī)械矯正轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)等等變量因素造成的。

管道上集中的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致管段該區(qū)域的很高的壓縮應(yīng)力。如果這些應(yīng)力超過(guò)管子材料的強(qiáng)度，會(huì)造成微小的部分散裂，如果負(fù)荷進(jìn)一步增加，會(huì)造成嚴(yán)重的碎裂。這是由作用在與壓縮力作用線成直角方向上的超過(guò)抗拉強(qiáng)度的拉力造成的。當(dāng)管壁內(nèi)的內(nèi)部應(yīng)力傳遞只在管脊出現(xiàn)時(shí)，也就意味著管子向下偏斜�？梢钥吹皆诎l(fā)生以應(yīng)力集中方式的壓應(yīng)力作用在管子表面上的地方，在管子脊背處產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果這些應(yīng)力超出材料的抗拉強(qiáng)度，破壞就會(huì)出現(xiàn)。拉伸應(yīng)力也出現(xiàn)在管子的端面，在巨大頂管推力和很大的角度偏斜情況下，這些拉伸應(yīng)力會(huì)引起從接觸點(diǎn)開(kāi)始的縱向裂縫。但這些應(yīng)力的出現(xiàn)與制造管子使用材質(zhì)的類型無(wú)關(guān)。

所開(kāi)發(fā)的一種預(yù)應(yīng)力工藝就是要防止在頂管施工中因管段之間的角度偏斜，甚至在相對(duì)很高的負(fù)荷集中的情況時(shí)造成管子的損壞。這種預(yù)應(yīng)力在管子兩端產(chǎn)生一種徑向壓縮應(yīng)力。如果在頂管施工中因?yàn)榻嵌绕�斜造成管子端口處產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，這些拉伸應(yīng)力將被由預(yù)應(yīng)力工藝產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力全部抵消。

經(jīng)預(yù)應(yīng)力的頂管施工用管的優(yōu)點(diǎn)可以總結(jié)如下：

① 減少了因頂管施工的角度偏斜造成的陶管的損壞。

② 增加對(duì)陶管損壞的保護(hù)，尤其是在角度偏斜相對(duì)較大時(shí)。

此外，預(yù)應(yīng)力還可以在管子運(yùn)輸和在施工現(xiàn)場(chǎng)裝卸過(guò)程中保護(hù)頂管施工用陶管的端口免受損壞。

這項(xiàng)KERAMO STEINZEUG公司首創(chuàng)的技術(shù)使得施加較高的最大允許工作頂管負(fù)荷成為可能。

陶管內(nèi)襯管是KERAMO-STEINZEUG公司按照德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 295-1規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷系列的技術(shù)要求而制造的。掛釉面的內(nèi)襯陶管平面被切割得互相平行，插口外部區(qū)域外圓面被研磨。這里插口加工后的尺寸應(yīng)使相鄰管的管內(nèi)底一致，以確保達(dá)到EN 295的要求。復(fù)合管的混凝土部分將承受各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)荷，它是根據(jù)FBS（Technical Association for Concrete and reinforced Concrete Pipes，德國(guó)混凝土和鋼筋混凝土管技術(shù)協(xié)會(huì)）質(zhì)量準(zhǔn)則以及德國(guó)污水技術(shù)協(xié)會(huì)A 125工作單“微孔隧道施工”的各項(xiàng)要求制造的。