張巖

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830000）

1 引言

大口徑輸水管道在室外長距離輸水管道工程中運用越來越多，PCCP管是目前常用的大口徑輸水管道之一。PCCP管自引進后經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)PCCP管最大管徑已達4 m。

PCCP 管是以鋼筒混凝土為管芯，在混凝土管外纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力高強鋼絲，在鋼絲表面噴20 mm以上的砂漿保護層形成的復核管材。管道承插口采用鋼板冷加工成型，采用膠圈密封。具有抗拉、抗?jié)B、耐磨損、耐腐蝕、使用壽命長，能抗較高內(nèi)壓和外壓的優(yōu)點。此類管道的管配件可現(xiàn)場定做，簡便可靠。PCCP管安裝采用承插接頭連接，接頭具有可撓性，有利于防震。

由規(guī)范《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》可知，PCCP 管的公稱內(nèi)徑為DN400～DN4000，管線運行工作壓力或靜水頭不超過2.0 MPa。目前國內(nèi)PCCP管的最大工作壓力可做到2.0 MPa；據(jù)調(diào)查，國外應(yīng)用PCCP 管最大管徑達DN7600，最高工作壓力可達4.1 MPa以上。PCCP管的生產(chǎn)線可遷移至施工現(xiàn)場，較大節(jié)省運費，在同等大口徑管材中其綜合造價經(jīng)濟效果明顯，在大口徑、長距離輸水工程中應(yīng)用廣泛。

PCCP管作為柔性接頭的剛性管，采取承插連接，在承插口安裝時，管與管之間的接頭間隙需達到密封不漏水的要求。管接頭間隙寬度控制對保證管道安全運行至關(guān)重要。以PCCP管管徑DN3000～DN3400，埋置式雙膠圈密封承插連接，單節(jié)管有效長度5m為例，說明PCCP管在豎向、水平向轉(zhuǎn)彎敷設(shè)時，采用借轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎時管道接頭間隙的控制指標。

2 PCCP管接頭安裝間隙

2.1 規(guī)范中管接頭間隙

根據(jù)規(guī)范《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》，沿直線安裝時，插口端面與承口底部的軸向間隙應(yīng)大于5 mm，且小于等于25 mm。

規(guī)范《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道技術(shù)規(guī)范》，直線段軸向最小安裝間隙10 mm，轉(zhuǎn)角管道接頭軸向最小安裝間隙5 mm，軸向最大間隙埋置式雙膠圈為25 mm。

規(guī)范《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》對管徑DN3000～DN3400 的雙膠圈接頭允許最大相對轉(zhuǎn)角為0.70°（依管線工程實際情況，在進行管子接頭設(shè)計時允許增大接頭允許相對轉(zhuǎn)角）。

在以上規(guī)范中，PCCPDE管子接頭見圖1。

圖1 PCCPDE管接頭圖

根據(jù)規(guī)范中管接頭間隙參數(shù)可知，在直線段安裝時管間隙在5～25 mm，但在小角度轉(zhuǎn)彎處，往往需靠PCCP管借轉(zhuǎn)通過，在轉(zhuǎn)彎處借轉(zhuǎn)安裝時，對應(yīng)外側(cè)承插口鋼環(huán)處間隙及管壁外側(cè)最大間隙示意圖見圖2。

圖2 PCCPDE管借轉(zhuǎn)處最小間隙與對應(yīng)最大間隙位置示意圖

對于三種不同管徑，借轉(zhuǎn)處，按PCCP 管有效長度5 m，壁厚0.30 m，轉(zhuǎn)彎處在管壁外側(cè)最小間隙5 mm 時，根據(jù)理論計算，不同相對轉(zhuǎn)角對應(yīng)承插口處、管壁外側(cè)最大間隙見表1。

由表1可知，當采用允許最大相對轉(zhuǎn)角0.70°，在借轉(zhuǎn)處，管壁外側(cè)最小間隙為5mm 時，所在接頭相對位置處間隙均遠超25mm最大間隙的要求。因此管道相應(yīng)借轉(zhuǎn)角度應(yīng)減小才能使得最大間隙控制在25mm。

表1 PCCPDE管借轉(zhuǎn)處最小間隙與對應(yīng)最大間隙理論計算表

2.2 管道接頭最大理論間隙

在管道轉(zhuǎn)彎處采用管道借轉(zhuǎn)通過，在相鄰兩根管道借轉(zhuǎn)時，存在接頭最小間隙和對應(yīng)外側(cè)最大間隙問題。

考慮埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPDE）基本尺寸、承口深度、插口長度（見圖3）及接頭間隙等參數(shù)，見表2。

根據(jù)圖1、圖3、表2可以算出，插口端長度為a+h+a+b=21+16+21+10=68 mm，在承口鋼環(huán)f 長度范圍內(nèi)，結(jié)合規(guī)范GB50268-2008、SL702-2015 中對最小間隙大于等于5 mm 的要求，插口端在保證雙膠圈均發(fā)揮作用的有效可拔出最大長度為f-68-5=127-68-5=54 mm，因此在借轉(zhuǎn)時，當控制內(nèi)側(cè)最小安裝間隙5mm 時，則理論外側(cè)極限最大間隙為59 mm。根據(jù)規(guī)范《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》中“表5 成品管允許偏差”表中數(shù)據(jù)可知，承口工作面深度C 允許偏差為+5 mm、-10 mm，考慮最不利情況，當成品管允許偏差為-10 mm，當借轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)最小安裝間隙為5 mm 時，則外側(cè)極限可拔出長度為59-10=49 mm。因此為充分保證雙膠圈發(fā)揮作用，以管道接頭最大間隙控制在不大于49 mm 為宜。再考慮規(guī)范GB50268-2008“表5.7.1 管端面垂直度”可知，對管端面垂直度的允許偏差為9～13 mm，則對DN3000～DN3400的PCCPDE管，管道接頭考慮端面垂直度不利的允許偏差值因素時最大間隙為40～36 mm。考慮最不利組合理論計算管道接頭最大間隙為40～36 mm時，雙膠圈可發(fā)揮作用。

表2 DN2800～3400的PCCPDE雙膠圈承插口鋼環(huán)基本尺寸表

圖3 雙膠圈接頭鋼環(huán)截面詳圖

2.3 實踐中借轉(zhuǎn)接頭間隙指標的探索

實際供水管線線路長，水平及豎向轉(zhuǎn)彎多，在小于5°的轉(zhuǎn)彎處采用管道借轉(zhuǎn)通過，有利于減少管配件，減少投資，快速施工。

在利用管道借轉(zhuǎn)時，控制相對轉(zhuǎn)角及間隙的大小是在不斷試安裝中進行調(diào)整的。安裝是否合格的主要檢驗指標為接頭打壓試驗，施工前，一般設(shè)計單位會根據(jù)相關(guān)規(guī)范提出安裝技術(shù)要求。

對接頭管道回填之前應(yīng)進行管道嚴密性試驗及兩膠圈間的嚴密性試驗。接頭試驗進水孔位于管道底部兩膠圈之間，與底部進水口對應(yīng)的頂部設(shè)排氣孔，水壓打壓試驗時，由管底進水孔注水頂部排水孔排氣，等膠圈間氣體完全排出后，擰緊頂部排氣孔，根據(jù)設(shè)計要求的試驗壓力進行打壓加壓。接頭打壓試驗分三次進行，管道安裝后進行第一次接頭打壓試驗，后續(xù)管道安裝兩根后對此接頭進行第二次打壓試驗，管道回填后對此接頭進行第三次打壓試驗。經(jīng)過三次打壓試驗，反復檢驗接頭的嚴密性，保證接頭密封嚴密，從而保證安裝質(zhì)量。

按規(guī)范工程在借轉(zhuǎn)安裝過程中會經(jīng)常通過反復檢驗，嚴格控制管壁外最大間隙小于等于25 mm，但實際操作中有困難。

對于工程實際，小角度轉(zhuǎn)彎處采用管道借轉(zhuǎn)是較為理想的連接方式。在借轉(zhuǎn)處，規(guī)范GB50268-2008、GB／T19685-2017中未明確規(guī)定借轉(zhuǎn)處管道接頭間隙最大值，在規(guī)范SL702-2015 中明確轉(zhuǎn)角管道接頭軸向間隙為25 mm，但在借轉(zhuǎn)處如控制最大管縫大于等于25 mm，則相鄰兩根管道相對轉(zhuǎn)角將非常有限，在總轉(zhuǎn)角一定情況下，需要借轉(zhuǎn)的管道根數(shù)越多，不利于快速安裝且控制困難?？紤]成品管的最不利組合時，理論計算管道接頭最大間隙可取40～36 mm。

當控制最大間隙取36 mm 時，DN3400～3000 對應(yīng)的相對轉(zhuǎn)角為0.44、0.47、0.49°。根據(jù)規(guī)范SL702-2015 中表10.4.3 管道敷設(shè)的允許偏差可知，當安裝偏差達±30 mm時，相鄰管道間將發(fā)生相對0.34°，疊加36 mm管道接頭間隙對應(yīng)轉(zhuǎn)角則將超過0.70°，因此最大間隙需減小，相對轉(zhuǎn)角需≤0.70-0.34=0.36°，由此結(jié)合表1數(shù)據(jù)，建議取最大管接頭間隙28 mm較為合理，此時總相對轉(zhuǎn)角基本都控制在0.70°以內(nèi)，可滿足規(guī)范要求。

實踐中可結(jié)合管道安裝情況，確定借轉(zhuǎn)管道接頭內(nèi)側(cè)最小安裝間隙5 mm時，外側(cè)最大間隙控制在28 mm。

3 結(jié)語

為保證管道安裝質(zhì)量及保證相鄰管道接頭相對轉(zhuǎn)角控制在規(guī)范允許最大0.70°范圍內(nèi)，在借轉(zhuǎn)處，內(nèi)側(cè)最小間隙5 mm時，對應(yīng)外側(cè)最大間隙取28 mm?？紤]各種誤差及施工完成后，還會因為其他原因（如微小沉降等）出現(xiàn)角度偏差，因此安裝時相對轉(zhuǎn)角盡可能≤0.35°。安裝事實證明，該控制間隙可有效保證接頭打壓合格。當安裝過程中能有效控制偏差控制在±20 mm 以內(nèi)，借轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)間隙5 mm，則可適當放大管道外側(cè)接頭最大間隙至36 mm。

通過參考相關(guān)規(guī)范及類似工程，確定借轉(zhuǎn)管道接頭最大間隙，可供類似工程參考。