张伟超

山东龙泉管道工程股份有限公司

超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究

张伟超

山东龙泉管道工程股份有限公司

超大口径PCCP管道的结构安全与质量控制研究是“十一五”计划中“南水北调”中线工程的主要研究对象，计划中指出，研究工作必须建立在PCCP工程的实际运行情况上，研究成果必须具有实际的可行性，确保成果对于PCCP工程的建设、管理、发展能够起到指导的作用。

PCCP管道；结构安全；质量控制

1 超大口径PPCCCCPP管道的施工技术要点

受到实际情况的限制，在运用超大口径的PCCP管道时，管道的设计和生产必须借鉴美国的标准。美国在PCCP管道上的研究已经比较成熟了，制定的标准都是建立在真实的材料质量水平、试验方法、生产水平检测的基础上的，我国半生不熟的使用情况完全不同，所以值得我国去借鉴、学习。因为南水北调工程中，使用的管道直径已经达到了4米，远远超过了以往的管道直径，所以对管道的安全性、防腐性、水力性等多种性能提出了更高的的要求。要想很好地解决这些制造、运输、安装上的难度，就必须加大对于超大口径PCCP管道结构安全与质量控制的研究。

1.1 管道的安装

在安装PCCP管道的沟槽开挖完工之后，确定这些沟槽已经达到了设计的要求，接下来就要把注意力放到管道的安装上。安装前，需要对管道一根根地进行检查，确保运过来的管道没有破损的迹象，承插口也完好无损。只有各项检测的结果符合安装的要求后才能进行正式的安装工作。安装时，承口端的方向要与安装的方向保持一致，可以借助吊车这一类的工具将管道吊起来，移送到已经装好管道的承口或者插口的上方一百到二百毫米处，在承插口处涂上一定的植物类润滑油，使插口端与承口端始终保持在同一水平方向，将管道缓慢下降，一直下放到规定的安装间隙。安装完成后，还需要对管道的平面位置和坡度进行测量，仔细校对管道的轴线和标高，并将校对的记录详细的记录下来，确保进行下一届管道的安装时能够查找到前一节管道的测量记录。

1.2 安装检测

在管道安装的过程中，需要使用专门的测量工具对管道的开口度进行测量，一般来说，最合理的开口度应该控制在15到30毫米之间。如果管道的基础不是很均一的情况下内部之间允许的最大间隙是25毫米。管道全部安装完成后，需要立即进行接头打压的工作，以此确保接头的密封性能。使用经过率定的专用加压泵进行排气，等气全部排完之后，将螺栓拧紧，然后施加0.25MPa的压力，使气压维持五分钟不变，同样的工作在恢复规定工作压之后再重复一次，如果两次都能保证五分钟内不下降，就说明接头打压的工作是合格的。没完成三节管道的安装就需要对三节中的第一节管道重复一次接头打压的步骤，直至管顶回填完成。

1.3 管道的回填

已经安装完成的管道是不能长时间暴露在外面的，尤其是在雨期和冬季的时候，如果长时间暴露在外面，会影响管道的正常使用，所以管道的安装工作完成之后，一定要赶紧进行管道的回填，一般来说，每安装完20到40节管道就可以进行一次回填了。回填之前，要先将沟槽之内的杂物、积水等清除干净，然后按照分区的原则进行回填。从管道的两侧到管道的顶部必须分层夯实，每一层铺设的厚度最好不要超过30厘米，还有就是两侧的高度是不能超过对应层填筑的厚度的。回填完成后，相关单位还需要对管道的轴线、高程进行复测，以此确保管道不会出现沉降和变形的情况。

2 确保安全性的关键技术

2.1 PCCP仿真分析系统

PCCP的仿真系统一般应用于各种结构的受载响应分析，在结构力学的计算方法中，采用极限状态设计的方法会有一定的不足，而分析系统正好弥补了这种不足。PCCP分析系统可以比较详细地分析出在各种外荷载作用下管道结构的受力性状以及发展的规律，不仅如此，分析系统还能模拟结构应力变形的整个分布过程。而且分析系统提供的这种专业的软件平台不仅功能强大，还很方便操作。

2.2 辅助设计系统

这一系统软件是基于相关的规范设计出来的，可以用来计算混凝土压力管的设计和校验计算，对各种材料的用量进行统计，初步预算处工程的整体造价。不仅如此，这一软件甚至能够对覆土荷载和汽车的荷载进行计算，并且提供了多种覆土埋置的选择形式。系统最后的计算结果会以Word文档的形式展现出来，非常方便实用。管子在进行设计时，各项的参数还可以参照国际单位制SI或者是美国的单位制US，两者中的任意一种都可以对我国管道的生产起到规范的作用。

2.3 基于缠丝模型的数值计算的方法

在进行施加在钢丝上的预应力方面计算时，缺少合理的结构有限元分析模型，所以计算结果一直存在着欠缺的地方。文章提出的缠丝模型是以环形预应力作为作用的机理，在此基础上提出了钢丝收拉均匀的假设，将钢丝与混凝土管芯之间的相互作用也一并考虑在了假设中。因为预应力钢丝的离散，模型中不会过多的限制自由，所以能够不断搜索、更新钢丝和混凝土地自由度之间的接触。但是这种模型还有进一步简化的空间，动力的计算方式也可以使用显性的，当然，模型的合理性也需要有更进一步的验证。

3 结束语

既然超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究能够被纳入“十一五”的科技研究计划中，就说明超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究对于我国的经济、科技发展都具有比较重大的意义，值得我们投入人力、物力、财力。所以在这一问题的研究上，一定要结合我国的实际情况，研究出最适合我国实际发展情况的成果，真正对我国的超大口径PCCP管道结构安全与质量控制起到推动的作用。

[1] 王东黎;郑征宇;胡少伟;李庆斌;窦铁生;刘江宁，超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究[J]南水北调与水利科技,2009.

[2] 俞子阳,南水北调超大口径DN4000PCCP管道工程关于改进制管工艺与质量控制的几点体会[J]才智,2008.

[3] 杨进新;忽惠卿;王东黎;冯克义，南水北调中线PCCP管道工程安全监测方案研究[J]水利水电技术,2009.

[4] 胡少伟，南水北调超大钢筒混凝土管道结构安全评估[J]水利水运工程学报,2009.

[5] 刘烨华,超大直径PCCP施工规划与关键工法研究,清华大学,2015.