丁文淵

（山西萬(wàn)家寨水控水資源有限公司，山西 太原 030012）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（簡(jiǎn)稱PCCP管）是由鋼筒、混凝土管芯、預(yù)應(yīng)力鋼絲與砂漿保護(hù)層組成的一種多層混合材料管道，具有高強(qiáng)鋼絲的抗拉伸特性、鋼板的防滲漏特性、混凝土的抗壓特性[1]，是一種高性能輸水管材，主要應(yīng)用于大型水利工程，例如我國(guó)的南水北調(diào)工程、引黃工程均應(yīng)用了PCCP管[2]。

PCCP管直徑大、制作難度大，在制作過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)制造缺陷[3]。同時(shí)PCCP管長(zhǎng)期運(yùn)行也會(huì)出現(xiàn)超載、腐蝕等問(wèn)題，會(huì)影響PCCP管強(qiáng)度；PCCP預(yù)應(yīng)力鋼絲受到腐蝕后，會(huì)出現(xiàn)鋼絲斷裂，巨大的預(yù)應(yīng)力釋放，易致爆管和水流噴射，造成經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境破壞[4]。為保障管道運(yùn)行安全性，采用管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)PCCP管進(jìn)行檢測(cè)。

管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，包括電磁技術(shù)、聲學(xué)光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)與聲波及超聲檢測(cè)技術(shù)，其中電磁檢測(cè)技術(shù)由于干擾少，檢測(cè)精度高，已成為PCCP管無(wú)損檢測(cè)的重要手段[5]，其中PipeDiver檢測(cè)的應(yīng)用比較廣泛。

1 PipeDiver檢測(cè)

PipeDiver檢測(cè)是一種搭載PureEMTM電磁法技術(shù)的檢測(cè)平臺(tái)，由賽萊默（中國(guó)）有限公司設(shè)計(jì)，具有多功能性與可靠性的特點(diǎn)，能夠?qū)φ谶\(yùn)行的PCCP管道進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，能有效地檢測(cè)出PCCP管中的鋼絲破損情況。

PipeDiver檢測(cè)采用了一種創(chuàng)新的自游式工具，由追蹤模塊、遠(yuǎn)場(chǎng)變壓器耦合模塊與電池組模塊構(gòu)成。PipeDiver檢測(cè)設(shè)備在檢測(cè)時(shí)，借助柔性承推瓣懸浮于管道居中位置，為檢測(cè)設(shè)備在水流中的運(yùn)行提供動(dòng)力。PipeDiver設(shè)備采用柔性設(shè)計(jì)，能夠靈活地通過(guò)PCCP管中的各個(gè)彎頭與管內(nèi)蝶閥。檢測(cè)過(guò)程中遠(yuǎn)場(chǎng)變壓器耦合模塊會(huì)不斷向外發(fā)送電磁場(chǎng)信號(hào)，管道中的預(yù)應(yīng)力鋼絲將會(huì)放大電磁場(chǎng)信號(hào)，并會(huì)被遠(yuǎn)場(chǎng)變壓器耦合模塊中的“接收機(jī)”接收，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼線出現(xiàn)斷裂、破損時(shí)，“接收機(jī)”接受到的放大信號(hào)會(huì)發(fā)生局部變化。通過(guò)分析采集到的檢測(cè)數(shù)據(jù)，精確定位與量化PCCP管預(yù)應(yīng)力鋼絲斷裂的位置與數(shù)量[6]。PipeDiver自游式檢測(cè)設(shè)備見(jiàn)圖1。

圖1 PipeDiver檢測(cè)設(shè)備

PipeDiver檢測(cè)相比其它檢測(cè)技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：一是PipeDiver檢測(cè)過(guò)程中可以保證管道的實(shí)時(shí)在壓狀態(tài)，進(jìn)而可以有效的降低整個(gè)檢測(cè)的費(fèi)用；二是靈活的柔性設(shè)計(jì)能夠保證設(shè)備通過(guò)管道中的絕大多數(shù)蝶閥與彎頭；三是能夠精確定位PCCP管中極其細(xì)微的鋼絲破損區(qū)域、斷絲數(shù)量，能夠幫助客戶選擇性地對(duì)PCCP管道進(jìn)行修復(fù)與更換，降低PCCP管爆管風(fēng)險(xiǎn)，最大程度地避免發(fā)生公共安全事故、財(cái)產(chǎn)損失或大面積中斷供水服務(wù)的問(wèn)題；四是僅需2個(gè)接入點(diǎn)，一個(gè)用于設(shè)備投放，一個(gè)用于設(shè)備回收，單次投放便能進(jìn)行長(zhǎng)距離干線檢測(cè)。并且可以隨時(shí)檢測(cè)，無(wú)需停水減壓，不會(huì)干擾地區(qū)供水服務(wù)。

2 PCCP檢測(cè)

2.1 工程簡(jiǎn)介

引黃工程聯(lián)接段全長(zhǎng)58.15km，其中43.2km采用PCCP管線輸水，輸水管內(nèi)徑3m。聯(lián)接段工程自2003年正式投運(yùn)，至今已安全穩(wěn)定運(yùn)行了17年，聯(lián)接段的PCCP管線穿越城市、郊區(qū)等復(fù)雜地段，有必要對(duì)聯(lián)接段PCCP管的預(yù)應(yīng)力鋼絲完整性進(jìn)行全面檢測(cè)。本工程項(xiàng)目擬檢測(cè)引黃工程聯(lián)接段8號(hào)檢查井至20號(hào)檢查井之間管段，檢測(cè)段信息如表1所示。

表1 檢測(cè)段信息

2.2 PipeDiver檢測(cè)應(yīng)用

2.2.1 智能球預(yù)檢

PCCP管道的通暢性，將影響PipeDiver檢測(cè)的實(shí)施。因此，在進(jìn)行PipeDiver檢測(cè)前需要對(duì)待檢測(cè)的PCCP管道進(jìn)行沿線通暢性追蹤檢測(cè)，以降低PipeDiver檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。賽萊默公司提供了一種智能球技術(shù)，這是一種基于聲學(xué)原理，能夠準(zhǔn)確定位管道泄漏、滯留氣囊的檢測(cè)技術(shù)。

智能球由泡沫球套和水密性合金小球構(gòu)成，其中泡沫球套能夠?yàn)橹悄芮蛱峁└蟮氖芰γ娣e，使其能夠跟隨水流進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)也能避免合金小球與管道壁直接接觸產(chǎn)生低頻噪音，降低低頻信號(hào)干擾；水密性合金小球由電池組、電子元件和儀器儀表（內(nèi)含聲傳感器、三軸加速度計(jì)、三軸磁強(qiáng)計(jì)，可與GPS進(jìn)行時(shí)間同步的超聲波發(fā)射器以及溫度感應(yīng)器）構(gòu)成。

（1）追蹤傳感器布設(shè)

智能球在進(jìn)行管道預(yù)檢時(shí)，在PCCP管道的管壁或管件上間隔500～1000m安裝追蹤用聲波傳感器，用于接收智能球的超聲波信號(hào)，以確定智能球位置。本工程將追蹤傳感器安裝于檢測(cè)人員易進(jìn)入的閥井的蝶閥、空氣閥或容易靠近的裸露管壁處，且傳感器到管道內(nèi)水流的距離不超過(guò)0.3m，在8號(hào)檢查井至20號(hào)檢查井檢測(cè)段共設(shè)置18個(gè)追蹤點(diǎn)。

（2）回收格柵安裝

智能球投放后需要進(jìn)行回放，將在回收點(diǎn)安裝回收格柵（可同時(shí)用于智能球與PipeDiver檢測(cè)設(shè)備回收）阻止其繼續(xù)隨水流前移，并在格柵底部固定網(wǎng)兜用于回收設(shè)備。

本工程在安裝回收格柵時(shí)，須關(guān)閉6號(hào)檢修閥，使下游管道能夠繼續(xù)自流，直至20號(hào)檢查井采用插入式流速儀確認(rèn)無(wú)壓后，打開(kāi)檢查井內(nèi)人孔蓋板，在檢查水位不超過(guò)30cm后由檢測(cè)人員進(jìn)入管道安裝格柵。格柵安裝完成后，封閉回收口，打開(kāi)6號(hào)檢修閥，恢復(fù)管道運(yùn)行。

圖2 回收格柵

（3）智能球投放與回收

回收格柵安裝完成，管道恢復(fù)運(yùn)行后，在設(shè)備投放點(diǎn)使用投球爪進(jìn)行智能球投放。智能球?qū)㈦S水流向前移動(dòng)，追蹤傳感器全程追蹤智能球位置，當(dāng)智能球到達(dá)回收點(diǎn)后，暫不進(jìn)行回收，將與PipeDiver檢測(cè)設(shè)備一并停水回收。

2.2.2 PipeDiver檢測(cè)

待檢測(cè)的PCCP管道完成通暢性檢查后，便可進(jìn)行PipeDiver檢測(cè)，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程包括以下主要工作內(nèi)容。

（1）追蹤傳感器布設(shè)

PipeDiver檢測(cè)設(shè)備的追蹤原理、追蹤設(shè)備、追蹤過(guò)程與上述智能球追蹤相同，PipeDiver檢測(cè)設(shè)備的追蹤傳感器布設(shè)可按照智能球布設(shè)方式。

（2）檢修閥角度調(diào)整

PipeDiver檢測(cè)設(shè)備為了適應(yīng)PCCP管道內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，采用了柔性設(shè)計(jì)，使其能夠靈活地通過(guò)管內(nèi)蝶閥，例如實(shí)心閥板式蝶閥，可在設(shè)備全開(kāi)狀態(tài)下直接通過(guò)；空心閥板式蝶閥則需要對(duì)閥板角度進(jìn)行調(diào)整，本工程為了避免PipeDiver檢測(cè)設(shè)備鉆入空心閥板上的孔洞，將檢修蝶閥的閥門開(kāi)至67°，如圖3所示。

圖3 空心蝶閥角度調(diào)整示意圖

（3）PipeDiver檢測(cè)設(shè)備投放

由于智能球投放時(shí)已在設(shè)備回收點(diǎn)安裝了回收格柵，且管道已恢復(fù)運(yùn)行，檢修閥角度已進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)便可以投放PipeDiver檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。

本工程在PipeDiver檢測(cè)設(shè)備投放時(shí)，調(diào)節(jié)1號(hào)減壓閥前池內(nèi)水位和前池出水速度，采用插入式流速儀確認(rèn)8號(hào)檢查井達(dá)到無(wú)壓滿管狀態(tài)后打開(kāi)井內(nèi)人孔，由檢測(cè)人員將設(shè)備從人孔投入管道。在投放過(guò)程中由于設(shè)備重量超過(guò)200kg，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境無(wú)法?？康鯔C(jī)，采用搭設(shè)支架，使用電動(dòng)葫蘆輔助方式進(jìn)行設(shè)備投放。投放完畢后，封閉投放口，使管道保持正常運(yùn)行。

（4）PipeDiver檢測(cè)設(shè)備回收

檢測(cè)人員根據(jù)追蹤傳感器上報(bào)的位置信息，追蹤PipeDiver檢測(cè)設(shè)備位置，當(dāng)設(shè)備到達(dá)20號(hào)回收點(diǎn)時(shí)，表示本次檢測(cè)完成，需要進(jìn)行設(shè)備回收?；厥諘r(shí)，采用安裝回收格柵的方法，使回收口達(dá)到無(wú)壓排空狀態(tài)，且水位不超過(guò)30cm。然后檢測(cè)人員下到管道內(nèi)，再用吊機(jī)將設(shè)備吊出。最后拆除回收格柵，檢測(cè)人員全部出管后，封閉回收口，打開(kāi)檢修閥，恢復(fù)管道運(yùn)行。

（5）PipeDiver檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)將采集到詳細(xì)的管道檢測(cè)數(shù)據(jù)，由專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，便能夠診斷出管道的斷線分布區(qū)域與數(shù)量。具體見(jiàn)圖4所示：

圖4 PipeDiver檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

3 結(jié)語(yǔ)

文章深入探討了PipeDiver檢測(cè)在PCCP管檢測(cè)中的工作機(jī)制、優(yōu)勢(shì)，由此可見(jiàn)，PipeDiver檢測(cè)是一種性價(jià)比好、檢測(cè)精確度高的檢測(cè)方法，可大面積推廣。