超大口徑PCCP管道結構安全與質量控制研究

張偉超

山東龍泉管道工程股份有限公司

超大口徑PCCP管道結構安全與質量控制研究

張偉超

山東龍泉管道工程股份有限公司

超大口徑PCCP管道的結構安全與質量控制研究是“十一五”計劃中“南水北調”中線工程的主要研究對象，計劃中指出，研究工作必須建立在PCCP工程的實際運行情況上，研究成果必須具有實際的可行性，確保成果對于PCCP工程的建設、管理、發展能夠起到指導的作用。

PCCP管道；結構安全；質量控制

1 超大口徑PPCCCCPP管道的施工技術要點

受到實際情況的限制，在運用超大口徑的PCCP管道時，管道的設計和生產必須借鑒美國的標準。美國在PCCP管道上的研究已經比較成熟了，制定的標準都是建立在真實的材料質量水平、試驗方法、生產水平檢測的基礎上的，我國半生不熟的使用情況完全不同，所以值得我國去借鑒、學習。因為南水北調工程中，使用的管道直徑已經達到了4米，遠遠超過了以往的管道直徑，所以對管道的安全性、防腐性、水力性等多種性能提出了更高的的要求。要想很好地解決這些制造、運輸、安裝上的難度，就必須加大對于超大口徑PCCP管道結構安全與質量控制的研究。

1.1 管道的安裝

在安裝PCCP管道的溝槽開挖完工之后，確定這些溝槽已經達到了設計的要求，接下來就要把注意力放到管道的安裝上。安裝前，需要對管道一根根地進行檢查，確保運過來的管道沒有破損的跡象，承插口也完好無損。只有各項檢測的結果符合安裝的要求后才能進行正式的安裝工作。安裝時，承口端的方向要與安裝的方向保持一致，可以借助吊車這一類的工具將管道吊起來，移送到已經裝好管道的承口或者插口的上方一百到二百毫米處，在承插口處涂上一定的植物類潤滑油，使插口端與承口端始終保持在同一水平方向，將管道緩慢下降，一直下放到規定的安裝間隙。安裝完成后，還需要對管道的平面位置和坡度進行測量，仔細校對管道的軸線和標高，并將校對的記錄詳細的記錄下來，確保進行下一屆管道的安裝時能夠查找到前一節管道的測量記錄。

1.2 安裝檢測

在管道安裝的過程中，需要使用專門的測量工具對管道的開口度進行測量，一般來說，最合理的開口度應該控制在15到30毫米之間。如果管道的基礎不是很均一的情況下內部之間允許的最大間隙是25毫米。管道全部安裝完成后，需要立即進行接頭打壓的工作，以此確保接頭的密封性能。使用經過率定的專用加壓泵進行排氣，等氣全部排完之后，將螺栓擰緊，然后施加0.25MPa的壓力，使氣壓維持五分鐘不變，同樣的工作在恢復規定工作壓之后再重復一次，如果兩次都能保證五分鐘內不下降，就說明接頭打壓的工作是合格的。沒完成三節管道的安裝就需要對三節中的第一節管道重復一次接頭打壓的步驟，直至管頂回填完成。

1.3 管道的回填

已經安裝完成的管道是不能長時間暴露在外面的，尤其是在雨期和冬季的時候，如果長時間暴露在外面，會影響管道的正常使用，所以管道的安裝工作完成之后，一定要趕緊進行管道的回填，一般來說，每安裝完20到40節管道就可以進行一次回填了。回填之前，要先將溝槽之內的雜物、積水等清除干凈，然后按照分區的原則進行回填。從管道的兩側到管道的頂部必須分層夯實，每一層鋪設的厚度最好不要超過30厘米，還有就是兩側的高度是不能超過對應層填筑的厚度的。回填完成后，相關單位還需要對管道的軸線、高程進行復測，以此確保管道不會出現沉降和變形的情況。

2 確保安全性的關鍵技術

2.1 PCCP仿真分析系統

PCCP的仿真系統一般應用于各種結構的受載響應分析，在結構力學的計算方法中，采用極限狀態設計的方法會有一定的不足，而分析系統正好彌補了這種不足。PCCP分析系統可以比較詳細地分析出在各種外荷載作用下管道結構的受力性狀以及發展的規律，不僅如此，分析系統還能模擬結構應力變形的整個分布過程。而且分析系統提供的這種專業的軟件平臺不僅功能強大，還很方便操作。

2.2 輔助設計系統

這一系統軟件是基于相關的規范設計出來的，可以用來計算混凝土壓力管的設計和校驗計算，對各種材料的用量進行統計，初步預算處工程的整體造價。不僅如此，這一軟件甚至能夠對覆土荷載和汽車的荷載進行計算，并且提供了多種覆土埋置的選擇形式。系統最后的計算結果會以Word文檔的形式展現出來，非常方便實用。管子在進行設計時，各項的參數還可以參照國際單位制SI或者是美國的單位制US，兩者中的任意一種都可以對我國管道的生產起到規范的作用。

2.3 基于纏絲模型的數值計算的方法

在進行施加在鋼絲上的預應力方面計算時，缺少合理的結構有限元分析模型，所以計算結果一直存在著欠缺的地方。文章提出的纏絲模型是以環形預應力作為作用的機理，在此基礎上提出了鋼絲收拉均勻的假設，將鋼絲與混凝土管芯之間的相互作用也一并考慮在了假設中。因為預應力鋼絲的離散，模型中不會過多的限制自由，所以能夠不斷搜索、更新鋼絲和混凝土地自由度之間的接觸。但是這種模型還有進一步簡化的空間，動力的計算方式也可以使用顯性的，當然，模型的合理性也需要有更進一步的驗證。

3 結束語

既然超大口徑PCCP管道結構安全與質量控制研究能夠被納入“十一五”的科技研究計劃中，就說明超大口徑PCCP管道結構安全與質量控制研究對于我國的經濟、科技發展都具有比較重大的意義，值得我們投入人力、物力、財力。所以在這一問題的研究上，一定要結合我國的實際情況，研究出最適合我國實際發展情況的成果，真正對我國的超大口徑PCCP管道結構安全與質量控制起到推動的作用。

[1] 王東黎;鄭征宇;胡少偉;李慶斌;竇鐵生;劉江寧，超大口徑PCCP管道結構安全與質量控制研究[J]南水北調與水利科技,2009.

[2] 俞子陽,南水北調超大口徑DN4000PCCP管道工程關于改進制管工藝與質量控制的幾點體會[J]才智,2008.

[3] 楊進新;忽惠卿;王東黎;馮克義，南水北調中線PCCP管道工程安全監測方案研究[J]水利水電技術,2009.

[4] 胡少偉，南水北調超大鋼筒混凝土管道結構安全評估[J]水利水運工程學報,2009.

[5] 劉燁華,超大直徑PCCP施工規劃與關鍵工法研究,清華大學,2015.