文/范峰東

青龍管業(yè)技術創(chuàng)新在鄂北工程大口徑PCCP生產中的應用

文/范峰東

工程概況

湖北省鄂北地區(qū)水資源配置工程是從丹江口水庫清泉溝隧洞進口引水，向沿線城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和唐東地區(qū)農業(yè)供水，解決鄂北地區(qū)干旱缺水問題的一項大型水資源配置工程。工程主要由取水口、明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽和閥井等多種建筑物組成，其中孟樓—七方倒虹吸段是該工程主要建筑物，采用管徑DN3800mm的PCCP三管同槽埋設，管道工作壓力0.4～0.8MPa，線路平面長度72km，管道總長度210多km，是目前亞洲最大的單體倒虹吸工程。管材生產劃分為3個標段，青龍管業(yè)承擔第21標的生產建設任務。

PCCP生產中技術創(chuàng)新的必要性和緊迫性

我國自1989年從美國阿美隆公司引進關鍵設備和生產技術，開始預應力鋼筒混凝土管（PCCP）生產以來，由于PCCP管材具有承受內外壓較高、接頭密封性好、適應不均勻沉降能力高、施工方便快捷、防腐性能好、維護方便的產品特性，在水利、電力、市政等領域得到廣泛應用，尤其適用于大口徑、高工壓、高覆土等工程環(huán)境。經過近30年的發(fā)展，通過國內各PCCP生產廠家的消化吸收和探索，該產品從結構設計、制造工藝、質量控制、生產裝備以至施工安裝等各方面均日趨完善，已基本形成規(guī)范化、系列化服務，標志著該產品在國內已達到技術成熟階段。但由于各廠家普遍存在技術力量分散、研發(fā)能力薄弱、研發(fā)投入不足等問題，一定程度上制約著行業(yè)的進一步發(fā)展，尤其是生產制造方面，自動化程度較低、工序質量控制措施和質量精細化程度不足、技術創(chuàng)新的匱乏等，使得絕大部分新建PCCP生產線與30年前相比，除了規(guī)模、效率有所區(qū)別以外，其他方面別無二致。此外，國內有關PCCP的專利申報已超過100多項，但真正能夠投入現場使用、切實提高生產效率、提高PCCP內在或外觀質量的專利少之又少。因此，亟須推進以提升工程質量為前提的PCCP生產技術創(chuàng)新。

青龍管業(yè)與設備制造廠家共同研發(fā)的“鋼筒一體機”

鄂北工程大口徑PCCP生產中部分技術創(chuàng)新應用

青龍管業(yè)在開工伊始即組織公司技術人員對PCCP生產中的每一個環(huán)節(jié)進行深入研究，梳理整理出各工序易出現的質量缺陷共71項，作為控制重點，擬定出針對性控制措施，同時優(yōu)化細化建廠方案，力求每個工藝環(huán)節(jié)都實施技術創(chuàng)新和優(yōu)化改造。

◆接口環(huán)脹圓實現自動控制

脹圓是對卷制完成后的承口和插口進行尺寸定型，要求鋼板中產生的拉應力超過其本身的屈服強度，使鋼材完成塑性變形，其直徑制作精度需控制在0.1mm以內。以往的脹圓作業(yè)需要2人配合，一人操作液壓閥手柄，另一人使用π尺測量并通過點頭方式指揮液壓操作人員，俗稱“點頭控制”，存在脹斷風險，測量人員的安全得不到保障，且不同測量人員間不可避免存在差異，導致承插口尺寸精度難以始終如一。

通過對脹圓機進行改造，使用PLC結合液壓缸頂部安裝的傳感儀對脹圓過程進行控制，經過大量的數據測定和調整，使設備自動完成人工操作的全部過程，操作人員減為1人，脹圓精度大幅度提高，保證了人員安全作業(yè)。

◆大直徑鋼筒出筒、修補、立起實現一體化

鄂北工程使用的是DN3800PCCP，鋼筒卷制成型后，需使用吊車、吊帶將其吊出制筒機，生產效率低，且人員摘掛吊帶存在一定的安全風險。修補完成后，還要使用吊車、鋼筒吊卡將鋼筒立起，過程中會出現鋼筒的大幅度擺動和振動，鋼筒自身的大部分重量將集中在承口的局部范圍，易造成承口變形、鋼筒磕碰等質量缺陷，同時，大幅度擺動形成的沖擊極易損壞吊卡、吊桿甚至吊車的起升機構，造成安全事故。

青龍管業(yè)與設備制造廠家共同研發(fā)了“鋼筒一體機”，該設備由機架及行走系統、鋼筒托舉機構、旋轉機構、鋼筒翻轉機構、液壓系統等組成，可實現鋼筒的托舉出筒、修補旋轉和鋼筒的平穩(wěn)翻轉，克服了上述的安全、質量隱患，尤其適用于大直徑鋼筒的生產，有較大的推廣價值。

◆混凝土水灰比實現連續(xù)自動控制

水灰比是指拌制水泥漿、砂漿和混凝土混合料時，水與水泥的質量比（W/C），是混凝土配合比的一個重要參數。水灰比過大和過小對混凝土強度、和易性、耐久性、裂縫的產生以及混凝土收縮均有較大影響。通常情況下，PCCP管芯生產中依靠嚴格控制坍落度保證混凝土水灰比。

青龍管業(yè)在PCCP生產中首家采用混凝土濕度控制儀來控制混凝土的生產，實時測定混凝土拌和料的含水量，實現了混凝土攪拌過程的自動控制，保證了水灰比的準確性和穩(wěn)定性，集高效和準確于一體，保證了管芯混凝土質量。

攪拌機內安裝的混凝土濕度測量微波傳感器Hydro-Mix，可直接對攪拌機內的含水物料進行動態(tài)檢測，將檢測的濕度百分比即時連續(xù)地顯示在操作系統的顯示屏上，同時將檢測數據傳送到控制系統，通過控制系統動態(tài)控制加水量，從而克服生產過程中外在因素對水灰比的影響，動態(tài)控制攪拌機內混凝土濕度，實現對混凝土水灰比的精確控制。

◆開發(fā)應用噴漿機落料回收裝置

立式噴漿機在噴漿過程中有一定量的落料，特別是雙纏雙噴管道，一次噴漿時需要刮平，會有大量落料，這些落料如果不及時回收利用會變干，需要篩分后當普通砂使用，或者直接廢棄，浪費極大。一般情況下，落料回收采用人工作業(yè)，工人勞動強度大、效率低，存在一定的延時效應，且使用落地料不當會造成保護層質量降低。

鄂北工程中85%的管道需要雙纏，為克服上述問題，青龍管業(yè)開發(fā)了噴漿機落料回收裝置。采用皮帶機將落地料回收輸送到攪拌系統的上料裝置，經自動篩分后及時投入生產，有效克服了上述缺陷，降低了生產成本。

◆PCCP管配件灑水養(yǎng)護實現全時自動化

PCCP管配件的制作周期長，技術要求高，為保證工程需要，大部分管配件需要提前制作，從制作驗收到發(fā)運出廠的周期長達一個月，管配件襯砌的砂漿層若養(yǎng)護不當或不到位，極易出現空鼓、裂紋等質量缺陷，對產品質量造成損害。目前，國內通常采用人工灑水作為制作過程以及后期養(yǎng)護的技術手段，生產效率低，勞動強度大，在高溫、干燥等氣候條件下，不能方便快捷地調整噴灑間歇時間，且養(yǎng)護效果受作業(yè)人員影響較大，不可避免地存在漏噴、浪費水等現象，不能完全達到工藝要求。

為適應鄂北工程管配件生產需要，青龍管業(yè)成功開發(fā)了“PCCP管配件自動灑水裝置”，該裝置采用數字自動控制技術，間歇定時灑水，可以嚴格按照工藝規(guī)程對多個管件的砂漿襯砌層進行噴灑養(yǎng)護，提高了工作效率，保證了產品質量，并且可根據不同的氣候條件，快捷調整間歇時間和灑水量。同時，該裝置真正實現了灑水養(yǎng)護的自動化，在養(yǎng)護期無需人員值守操控，可有效節(jié)約人工成本，避免水資源浪費，實現良好的經濟效益。

在鄂北工程的PCCP生產中，青龍管業(yè)大量應用新技術、新工藝，解決了承口端面混凝土質量缺陷，采用了雙工位鉆孔工裝、喂料車澆筑管芯、內外模機械化清理、外防腐自動化作業(yè)、自動化荷載試驗等一批先進適用技術，保證了產品質量和作業(yè)安全，大大降低了用工數量，為工程的穩(wěn)步推進起到了良好作用。

PCCP產業(yè)的技術創(chuàng)新應依托重點工程項目的建設，充分發(fā)揮大型工程的示范引領作用，在確保工程質量的前提下進行。青龍管業(yè)作為行業(yè)內的龍頭企業(yè)，倡導發(fā)起了中國PCCP質量創(chuàng)新聯盟并擔任首屆理事長單位，在PCCP行業(yè)的發(fā)展中，進行了大量技術探索和創(chuàng)新工作，并將其應用于國家重大工程建設，取得了良好的社會效益和經濟效益。

寧夏青龍管業(yè)股份有限公司）