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(jié)構(gòu)安全與質(zhì)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(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究是“十一五”計(jì)劃中“南水北調(diào)”中線工程的主要研究對(duì)象，計(jì)劃中指出，研究工作必須建立在PCCP工程的實(shí)際運(yùn)行情況上，研究成果必須具有實(shí)際的可行性，確保成果對(duì)于PCCP工程的建設(shè)、管理、發(fā)展能夠起到指導(dǎo)的作用。

PCCP管道；結(jié)構(gòu)安全；質(zhì)量控制

1 超大口徑PPCCCCPP管道的施工技術(shù)要點(diǎn)

受到實(shí)際情況的限制，在運(yùn)用超大口徑的PCCP管道時(shí)，管道的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)必須借鑒美國的標(biāo)準(zhǔn)。美國在PCCP管道上的研究已經(jīng)比較成熟了，制定的標(biāo)準(zhǔn)都是建立在真實(shí)的材料質(zhì)量水平、試驗(yàn)方法、生產(chǎn)水平檢測的基礎(chǔ)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(xué)習(xí)。因?yàn)槟纤闭{(diào)工程中，使用的管道直徑已經(jīng)達(dá)到了4米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以往的管道直徑，所以對(duì)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(yùn)輸、安裝上的難度，就必須加大對(duì)于超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)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(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)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(duì)管道一根根地進(jìn)行檢查，確保運(yùn)過來的管道沒有破損的跡象，承插口也完好無損。只有各項(xiàng)檢測的結(jié)果符合安裝的要求后才能進(jìn)行正式的安裝工作。安裝時(shí)，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(jīng)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(guī)定的安裝間隙。安裝完成后，還需要對(duì)管道的平面位置和坡度進(jìn)行測量，仔細(xì)校對(duì)管道的軸線和標(biāo)高，并將校對(duì)的記錄詳細(xì)的記錄下來，確保進(jìn)行下一屆管道的安裝時(shí)能夠查找到前一節(jié)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(duì)管道的開口度進(jìn)行測量，一般來說，最合理的開口度應(yīng)該控制在15到30毫米之間。如果管道的基礎(chǔ)不是很均一的情況下內(nèi)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(jìn)行接頭打壓的工作，以此確保接頭的密封性能。使用經(jīng)過率定的專用加壓泵進(jìn)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(fù)規(guī)定工作壓之后再重復(fù)一次，如果兩次都能保證五分鐘內(nèi)不下降，就說明接頭打壓的工作是合格的。沒完成三節(jié)管道的安裝就需要對(duì)三節(jié)中的第一節(jié)管道重復(fù)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(jīng)安裝完成的管道是不能長時(shí)間暴露在外面的，尤其是在雨期和冬季的時(shí)候，如果長時(shí)間暴露在外面，會(huì)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(jìn)行管道的回填，一般來說，每安裝完20到40節(jié)管道就可以進(jìn)行一次回填了?；靥钪?，要先將溝槽之內(nèi)的雜物、積水等清除干凈，然后按照分區(qū)的原則進(jìn)行回填。從管道的兩側(cè)到管道的頂部必須分層夯實(shí)，每一層鋪設(shè)的厚度最好不要超過30厘米，還有就是兩側(cè)的高度是不能超過對(duì)應(yīng)層填筑的厚度的?；靥钔瓿珊?，相關(guān)單位還需要對(duì)管道的軸線、高程進(jìn)行復(fù)測，以此確保管道不會(huì)出現(xiàn)沉降和變形的情況。

2 確保安全性的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 PCCP仿真分析系統(tǒng)

PCCP的仿真系統(tǒng)一般應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)的受載響應(yīng)分析，在結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算方法中，采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的方法會(huì)有一定的不足，而分析系統(tǒng)正好彌補(bǔ)了這種不足。PCCP分析系統(tǒng)可以比較詳細(xì)地分析出在各種外荷載作用下管道結(jié)構(gòu)的受力性狀以及發(fā)展的規(guī)律，不僅如此，分析系統(tǒng)還能模擬結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形的整個(gè)分布過程。而且分析系統(tǒng)提供的這種專業(yè)的軟件平臺(tái)不僅功能強(qiáng)大，還很方便操作。

2.2 輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)

這一系統(tǒng)軟件是基于相關(guān)的規(guī)范設(shè)計(jì)出來的，可以用來計(jì)算混凝土壓力管的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)計(jì)算，對(duì)各種材料的用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，初步預(yù)算處工程的整體造價(jià)。不僅如此，這一軟件甚至能夠?qū)Ω餐梁奢d和汽車的荷載進(jìn)行計(jì)算，并且提供了多種覆土埋置的選擇形式。系統(tǒng)最后的計(jì)算結(jié)果會(huì)以Word文檔的形式展現(xiàn)出來，非常方便實(shí)用。管子在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，各項(xiàng)的參數(shù)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(duì)我國管道的生產(chǎn)起到規(guī)范的作用。

2.3 基于纏絲模型的數(shù)值計(jì)算的方法

在進(jìn)行施加在鋼絲上的預(yù)應(yīng)力方面計(jì)算時(shí)，缺少合理的結(jié)構(gòu)有限元分析模型，所以計(jì)算結(jié)果一直存在著欠缺的地方。文章提出的纏絲模型是以環(huán)形預(yù)應(yīng)力作為作用的機(jī)理，在此基礎(chǔ)上提出了鋼絲收拉均勻的假設(shè)，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(shè)中。因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼絲的離散，模型中不會(huì)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(jìn)一步簡化的空間，動(dòng)力的計(jì)算方式也可以使用顯性的，當(dāng)然，模型的合理性也需要有更進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3 結(jié)束語

既然超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究能夠被納入“十一五”的科技研究計(jì)劃中，就說明超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究對(duì)于我國的經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展都具有比較重大的意義，值得我們投入人力、物力、財(cái)力。所以在這一問題的研究上，一定要結(jié)合我國的實(shí)際情況，研究出最適合我國實(shí)際發(fā)展情況的成果，真正對(duì)我國的超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制起到推動(dòng)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(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究[J]南水北調(diào)與水利科技,2009.

[2] 俞子陽,南水北調(diào)超大口徑DN4000PCCP管道工程關(guān)于改進(jìn)制管工藝與質(zhì)量控制的幾點(diǎn)體會(huì)[J]才智,2008.

[3] 楊進(jìn)新;忽惠卿;王東黎;馮克義，南水北調(diào)中線PCCP管道工程安全監(jiān)測方案研究[J]水利水電技術(shù),2009.

[4] 胡少偉，南水北調(diào)超大鋼筒混凝土管道結(jié)構(gòu)安全評(píng)估[J]水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),2009.

[5] 劉燁華,超大直徑PCCP施工規(guī)劃與關(guān)鍵工法研究,清華大學(xué),2015.