大口徑PCCP壓力管道施工技術研究與應用

馬 斌

（寧夏水利水電工程局有限公司，寧夏 銀川 751400）

0 引言

隨著我國各城鎮的發展，越來越多的工業園區、污水處理廠、大型工廠等建設在城鎮，為了滿足城鎮日益增加的用水需求量，國家不斷推進遠程輸水工程的建設。長距離輸水對壓力管道的要求較為嚴格，普通的鋼筋混凝土壓力管道已經無法滿足要求，這時預應力鋼筒混凝土管道引起人們的注意。由于預應力鋼筒混凝土管道接頭密封性好且長久耐用，符合人們對長距離輸水管道的功能性需求，因此PCCP成為我國許多大型輸水工程應用最廣的壓力管道。該文將深入研究PCCP壓力管道的施工技術，以期有助于PCCP行業的蓬勃發展。

1 工程概況

在某輸水工程中，由于管線較長，且壓力管道沿途地質地形條件特殊，需要根據地形、壓力、成本以及施工條件等因素綜合考慮大口徑壓力管道的選材。該文選取預應力鋼筒混凝土管道（PCCP）。工程施工在室外完成，輸水管道全長5km，主要為當地提供生活用水和工業用水。本次輸水工程主要采用地下埋管以及單排布局的形式，所以在施工中要重點關注大口徑PCCP壓力管道的抗滲性能與防腐蝕性能。

2 大口徑PCCP壓力管道制管工藝

2.1 制作鋼筒

大口徑PCCP管道中主要抗滲部件就是鋼筒[1]，鋼筒的制作精度將直接影響整個PCCP管道的質量，所以在制作鋼筒時需要嚴格要求鋼筒成型工藝。當下流行的鋼筒成型工藝有拼板焊接與螺旋鋼筒卷焊機。從焊制工序以及成本等方面考慮，該文選擇螺旋鋼筒卷焊機來制作鋼筒，螺旋鋼筒卷焊機已經實現自動化，所以在鋼筒制作時可以避免熱軋薄鋼板的浪費，為了制作出要求長度的鋼筒，該文在焊接鋼筒時在螺旋卷焊機的轉筒上添加限位裝置，改進螺旋卷焊機，如圖1所示。

關于鋼筒的選材，美國ANSI/AWWA C301標準中規定，鋼板的厚度不能小于1.5mm，如果選用冷軋薄鋼板，屈服強度不可以小于195MPa；如果選用熱軋薄鋼板，屈服強度不可以小于205MPa，從經濟性方面考慮，本次選擇熱軋薄鋼板。按下料-焊接滾筒-焊接承插口-規圓步驟進行焊制。焊接過程中，需要參考鋼筒的直徑和熱軋薄鋼板的寬度數據來獲取鋼筒的螺旋周長，以此保證鋼筒制作的精度。鋼筒制作完畢后，需要對每節鋼筒分別進行水壓試驗，檢驗全部焊縫處是否出現漏水現象，有漏水的地方做好標記進行補焊，直到全部鋼筒無漏水現象后才可以投入使用。

2.2 制作混凝土管芯

在PCCP壓力管道的鋼筒制作完畢后，在鋼筒內部注入混凝土[2]，以此制作管芯。為了加強混凝土管芯的強度，該文通過立式振動成型工藝來制作混凝土管芯。在該過程中，需要選擇合適的模具，模具需要具有高強度以及抗沖擊的韌性，這樣才可以避免混凝土管芯在制作過程中發生變形現象，并且可以較好傳遞激振力[4]。模具內外模圓角偏差需要符合相關設計標準，并且合縫處要具有良好的密封性以及平整性，鋼筒承插口鋼圈與模具中心線的誤差不可以大于3mm，鋼筒與模具對接后要保證鋼筒內壁的光滑度。在工廠制作模具時，要嚴格控制尺寸，并且定期測量，出現誤差的模具需要報廢，這樣才能保證混凝土管芯與鋼筒之間的連接質量。選擇好合適的模具之后，進行混凝土管芯的澆筑[3]工作，澆筑前需要檢查好模具與鋼筒是否出現異常，如果出現異常則需要及時調整，避免在管芯成型過程中損壞或移動鋼筒[1]。將混凝土下料錐放置于鋼筒與模具的頂部位置，在下料錐外面小心地套上混凝土料斗后開始下料，并且在澆筑混凝土的同時開啟振動器，使混凝土更密實。在澆筑過程中，需要注意鋼筒內外兩側的混凝土要保持均勻上升。澆筑結束后，再讓振動器工作一段時間，確保混凝土管芯中無泛漿現象，然后將鋼筒插口斷面多余的混凝土抹平，等待混凝土管芯成型。在混凝土管芯定型后，卸掉模具，檢查管芯是否出現裂縫、孔隙等，為了保證混凝土管芯的強度，需要及時修整表面缺陷。

2.3 制作管芯保護層

為了加強管道的抗壓性與耐用性，需要在管芯外面制作一定的保護層。在管芯外面纏繞預應力鋼絲[4]，鋼絲整體規格需要滿足大口徑壓力管道的保護條件，不能有銹蝕以及斷裂情況，還應測試其氫脆敏感性，達到相關標準才可以使用。在混凝土管芯冷卻后，開始纏絲工序，通過立式差速纏絲機自動纏絲，注意控制間距和預應力，且每節管芯上的鋼絲接頭最多只能有一個[2]。當第一層鋼絲纏繞完成后，需要將水泥漿噴涂在管芯上，然后進行一定的養護，再纏繞第二層鋼絲。鋼絲全部纏繞完成，需要立即對鋼絲進行保護工作，不可以讓鋼絲長期曝露在外界環境中。這里該文在鋼絲外面加了一層砂漿[5]作保護，在鋼絲的表面輥射一層砂漿保護層，此保護層厚度要在25mm以上，才可以有效保護預應力鋼絲不被外界環境侵蝕。砂漿采用天然細沙，且含泥量不可以超過2%，在制作水泥砂漿時，注意控制水和細砂的比例，水不可以低于細砂的7%。通過輥射裝置將砂漿輥射于鋼絲表面。等待砂漿成型后，在管道的最外面涂抹一層防腐涂料，避免壓力管道埋入土壤中受侵蝕，防腐涂料該文選取環氧煤瀝青，嚴格遵守防腐層相關技術標準，涂膜厚度不低于0.6mm，涂抹均勻，無裂縫、褶皺等缺陷，采用電火花檢漏儀檢測是否有漏點，及時處理相關缺陷。整個管芯保護層的豎向剖面示意圖如圖2所示。

由于整個PCCP管道是在帶有鋼筒的混凝土管芯上添加了多個保護層，是一種新型的復合型壓力管道，所以適用于長距離的輸水工程中，具有持久耐用等優點。

3 大口徑PCCP壓力管道安裝

大口徑PCCP壓力管道安裝前需要做好管道安裝定位工作，由于PCCP管道安裝過程中使用的是承接口，因此，PCCP管是不能截斷的，因此，在安裝期間需要漸進的推進，所以，需要做好管道的定位工作，一般情況下，管道起點位置在管槽的轉折位置，確定管道安裝的起點位置后，可以進行標注，為下一環節的安裝提供參考。管道在吊裝環節中，要對吊索的材質和質量進行嚴格的篩選，盡量選擇材質較軟的，這樣可以避免在吊裝環節中損壞PCCP管道的防腐層，吊裝需要科學的選擇承重力較大的附帶吊，吊裝整個環節要保證PCCP管的安全性，注意輕拿輕放，避免發生損壞。在吊裝完成后需要對PCCP管進行質量驗收，對管道的數量和出廠型號以及外觀等進行嚴格的檢查，是否符合管道安裝的質量標準。管道安裝完成后需要做好管溝回填工作，盡量避免管道長期暴露在空氣中，導致發生不同程度的損壞問題[5]。管溝回填工作要嚴格按照施工要求開展，保證每個階段管溝回填的平整性和均勻性，合理的選用壓實處理方式，確保實現良好的回填料壓實處理效果。

該文工程中由于管線管線較長、且壓力管道沿途地質地形條件特殊，因此，安裝過程中全部PCCP壓力管道制作完畢后需要進行吊裝工。由于PCCP壓力管道的質量較普通混凝土管道要重，所以安裝時容易出現地基沉降等現象，所以為了保障管道安裝工程的順利進行，需要對地基進行加固處理，強度與穩定性滿足施工條件后進行管道的安裝。地基沉降一般分為壓縮與沉陷兩種情況，管道對土壤的壓縮值如公式（1）所示。

管道的沉陷值計算如公式（2）所示。

那么地基沉降量如公式（3）所示。

式中：r表示PCCP壓力管道的半徑；w表示土壤的容許承載力寬度；z表示土壤的承載力；x表示PCCP壓力管道的沉陷系數值；S表示土壤的壓縮系數值。通過土壤的壓縮值與沉陷值獲取地基的沉陷量數據，根據此數據加固地基，使地基的強度滿足管道施工要求。然后進行大口徑PCCP壓力管道的安裝工程，在安裝之前檢查好壓力管道的完整性，承插口斷面不能出現掉角及缺棱等現象，保護層不能出現裂紋及剝落等現象，膠圈不能出現破損、龜裂等現象，管道全方位的檢查無誤后，使用吊車將每個壓力管道緩慢地裝入管溝中，利用纖維布與水泥砂漿把每節管道進行連接保護，完畢后將土壤回填，以此完成大口徑PCCP壓力管道施工[3]。

4 大口徑PCCP壓力管道施工技術應用

4.1 技術應用準備

為了確保PCCP管道安裝的連續性，首先，需要在施工現場根據配管圖對管道的規格和型號等進行準確的分類，并且在安裝地點或者施工道路旁安放特定數量的管道，保證管道安放的安全性。管道在路邊存放的過程中需要利用沙袋墊空，這樣有利于保障管道的安全，也為管道的吊起提供便利。還需要注意在干燥的氣候條件下需要對管道實施灑水養護。結合PCCP安裝的具體流程，設計還施工現場的安裝流程和環節。大口徑PCCP管道可能會受到水的壓力以及土壤回填壓力等多種原因的影響而發生變形損壞，所以本次施工中利用分布式光纖傳感器來監測PCCP結構性能，以此判斷本次施工的質量。傳感器需要在PCCP壓力管道吊裝工程中同步布設。由于工程現場的實際環境較為復雜，為避免土壤回填時破壞傳感器，需要使用鋼絞線保護傳感器，在管道的軸線方向布設傳感器，布設方案如圖3所示。

該文在每節PCCP壓力管道上分別布設3個分布式應變傳感器以及2個分布式溫度傳感器，以此監測管道的環向與軸向結構狀態。

4.2 應用結果

通過分布式光纖傳感器，采集部分PCCP管道的溫度與彎曲應變數據，然后根據溫度與彎曲應變獲得管道在位的彎曲應力，管頂的彎曲應力數據如圖4所示。

由圖4可知，管頂的應力變化范圍為-125MPa～125MPa，且最大彎曲應力為125MPa，根據我國管道工程設計規范中所提的強度校核公式可知，管道當量應力允許的最大值為200MPa，而本次監測獲得的管道彎曲應力值遠遠小于該數據，說明大口徑PCCP壓力管道結構狀態處于安全范圍內，進而表示本次施工質量較好。

5 結語

大口徑PCCP壓力管道施工技術主要涉及管道的制作與安裝過程，該文選用科學合理且經濟性的工藝，完成PCCP壓力管道的施工，并且通過傳感器監測驗證了本次施工的質量，取得了較好的應用效果。該文僅對PCCP管道施工技術進行了初步的研究，下一步將深入探討如何完善管道的制作工藝，加強PCCP壓力管道的耐用性研究，為我國PCCP管道發展提供參考，進而保障我國輸水工程的順利開展。