南水北調(diào)工程PCCP管道設(shè)計技術(shù)探討

□ 徐宗偉（河南水利建筑工程有限公司）

1 工程概況

河北省滄州市南水北調(diào)市內(nèi)的輸送水管道，直接連接該市的各個泵站，負責(zé)向該市的水廠輸送水源，該市的中心城區(qū)總共有A、B、C三個大型地表水廠，預(yù)期總產(chǎn)水能力為180萬m3/d。案例工程除了該城市河道、鐵路、道路以及拆遷難度比較大地帶不建議采用PCCP管道，其他地帶都進行PCCP管道的鋪設(shè)，管道設(shè)計總長度為7500 m。

2 管道防腐設(shè)計

PCCP管道防腐設(shè)計的重點部位主要有兩個部分，一個部分是直線段和難點部位的管道內(nèi)部與外部防腐設(shè)計，另外一個部分是河段內(nèi)管道防腐設(shè)計：

2.1 直線段和管道內(nèi)部與外部防腐設(shè)計

根據(jù)實際工作經(jīng)驗進行分析：管道內(nèi)防腐，采用一定配合比的水泥砂漿內(nèi)外襯里，其中水泥、砂、水3種材料的比值分別為1：1.50:0.40，其中手工涂抹和機械噴涂的厚度分別為13 m m和11 m m，厚度公差控制在2～3 m m，而頂管內(nèi)壁的防腐可采用環(huán)氧涂料；管道外防腐，采用環(huán)氧玻璃鋼、無溶劑聚氨酯涂料等防腐的管外部位，普通部位厚度至少為0.60 m m，特殊部位厚度至少為1 m m。

2.2 河段內(nèi)管道防腐設(shè)計

鑒于案例工程不具備管道維護管理條件，因此該段的P CC P管道內(nèi)可采用無溶劑聚氨酯涂料防腐，其中防腐層厚度至少為0.60 m m；PCCP管道外亦可采用無溶劑聚氨酯涂料防腐，但防腐層厚度必須≥1 m m。

以上PCCP管道的內(nèi)外防腐設(shè)計，一般在出廠前已經(jīng)加工完成。

3 陰級保護設(shè)計

PCCP管道的陰級保護設(shè)計，其設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有很多，譬如《犧牲陽極陰極保護設(shè)計規(guī)范》和《長輸管道陰極保護工程施工及驗收規(guī)范》等，這些規(guī)范要求采用陰極保護的方式，選擇合適的陽極材料，確定設(shè)計的具體參數(shù)和詳細方案，做好各方面的細節(jié)設(shè)計，具體內(nèi)容為：

3.1 選擇陰極保護方式和陽極材料

通過對PCCP管道敷設(shè)沿線的土壤電阻率進行嚴格檢測，最終確定選擇鎂合金作為陽極和太陽級密布置作為陰極保護方式，同時在管道的兩邊交替布置了陽極塊，減少屏蔽問題的出現(xiàn)。另外在所有的設(shè)施井內(nèi)部的管道底部，均分別焊接了重量為11 g的鎂陽極。

3.2 陰極保護設(shè)計參數(shù)的確定

案例工程中的PCCP管道沿線土壤的電阻率為21 Ω、保護長度為7.50 km、保護電位在-0.85 V以內(nèi)、保護電流密度為0.30 m A/m2、腐蝕電位為-0.45～0.55 V、絕緣層電阻≥1000 m、設(shè)計壽命為20 a。另外要求PCCP管道采用加強級的環(huán)氧煤瀝青進行防腐，最后用冷纏帶進行補口。

3.3 陰極保護設(shè)計方案的制定

首先是陽極的規(guī)格，全線7.50 km的PCCP管道保護長度均采用犧牲陽極的方法進行保護，所采用的陽極重量規(guī)格分別為22 k g和11 k g的鎂合金，其中第一種規(guī)格的陽極用于管道的連接，第二種規(guī)格的陽極焊接到設(shè)施井管道的底部。其次是陽極的布置，采用單支分散的方式埋設(shè)陽極塊，與PCCP管道保持平衡，距離控制在0.30 m以上，管道兩邊的兩個陽極，保持12 m的距離。為了避免布置在設(shè)施井內(nèi)的PCCP管道被屏蔽，工程在所有設(shè)施井內(nèi)的管道底部焊接了一定重量的犧牲陽極。再次是陽極的安裝，犧牲陽極安裝之后，焊接于管道與管道之間，環(huán)節(jié)的部位涂抹環(huán)氧樹脂，并用熱縮套等密封保護。最后是管道電絕緣的處理，PCCP管道需要與鋼管交替安裝的位置，利用轉(zhuǎn)換接頭達到絕緣保護的結(jié)果。

3.4 其他設(shè)計方案

包括漏電檢查、陰極保護施工驗收、陰極保護系統(tǒng)監(jiān)測、陰極保護轉(zhuǎn)換接頭、絕緣螺栓設(shè)計等。

4 附屬設(shè)備布置

管道的附屬設(shè)備包括閥門、流量計、轉(zhuǎn)角支墩，這3種附屬設(shè)備確保PCCP管道設(shè)計工程實現(xiàn)的重要硬件條件，具體的布置方法如下：

4.1 閥門的布置

PCCP管道閥門布置的目的是滿足切斷管道事故管段的需求，布置的時候需要綜合考慮地勢和障礙物等因素，將其設(shè)置在閥門井的內(nèi)部，結(jié)合閥門操作、拆裝等需求，設(shè)計閥門的最小直徑，并配置伸縮節(jié)，以便運行管理和維護管理。案例工程中的閥門決定采用軟密封單偏心法蘭式閘閥，主要為排氣閥和泄壓安全閥兩種，其中排氣閥管道內(nèi)部存在一定數(shù)量的氣體，以致在輸水的時候，管道起伏的最高點會形成全阻壓縮過水?dāng)嗝?，容易造成水頭損失的問題，因此，需要在自動排氣閥安裝在每個起伏最高點，將管道內(nèi)部的氣體排除干凈，這也是管道事故規(guī)避的有效措施。泄壓安全閥設(shè)置的主要目的是規(guī)避管線受到水錘壓力的破壞，通常設(shè)置于管道的用戶前。

4.2 流量計的布置

案例工程中的泵站管道出廠位置都設(shè)置了流量計，用于測量和計算流量。流量計在借助泵站電源的基礎(chǔ)上，設(shè)置流量計室，并全天候自動監(jiān)控。

4.3 轉(zhuǎn)角支墩設(shè)置

轉(zhuǎn)角支墩設(shè)置的具體位置包括管道承接頭彎頭、丁字支管頂部等，主要是因為這些位置承受的拉力小于外推力，需要設(shè)置轉(zhuǎn)角支墩減少接口松動或者脫節(jié)的問題。轉(zhuǎn)角支墩采用C 15混凝土作為材料，結(jié)合管道的類型，譬如水平彎管、垂直向上彎管等，設(shè)置不同的轉(zhuǎn)角支墩。

5 管道布置時的水土保持設(shè)計方法

為了保持水土，案例工程的PCCP管道布置區(qū)域內(nèi)，設(shè)置了主體工程區(qū)域、施工道路區(qū)域、施工管理區(qū)域、棄渣場等。首先是主體工程區(qū)和管理區(qū)，這兩個區(qū)域所修筑的圍擋具有良好的水土保持功能。其次是棄渣場，主要用來臨時放置工程施工的混凝土塊、碎石、土等拆除物，這些棄渣用于回填施工管理區(qū)，要求做好場內(nèi)的土地平整工作，以減少邊坡滑落等問題出現(xiàn)。再次是施工生產(chǎn)生活區(qū)和施工道路，前者位于施工現(xiàn)場，在工程竣工后，需要恢復(fù)原狀，后者臨時道路的水土，在工程竣工后用于平整土地。最后是工程的直接影響區(qū)域，該區(qū)域是在開挖施工道路兩側(cè)埋設(shè)PCCP管道的時候，為了減少堆、壓、挖等施工造成的水土流失，在工程段管道的兩邊，設(shè)置臨時的防護措施，以免影響管道安裝后的埋設(shè)工作。

6 結(jié)語

綜上所述，案例工程中所提到的PCCP管道設(shè)計方法，是目前南水北調(diào)管道施工經(jīng)常遇到的難題，鑒于管道存在腐蝕等現(xiàn)實性的問題，因此在管道施工之前，必須結(jié)合管道的用途做好管道的防腐設(shè)計、陰極保護設(shè)計、附屬設(shè)備布置、水土保持等設(shè)計工作。南水北調(diào)工程PCCP管道設(shè)計時，需要結(jié)合相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求綜合考慮施工現(xiàn)場的具體條件，制定詳細的管道設(shè)計方案，對于工程設(shè)計的難點難題，需要在具體的工程中予以實地解決，這也是文章研究中需要重點展望的內(nèi)容，筆者將在后期的工程設(shè)計工作中彌補完善，以供其他工程的管道設(shè)計參考和借鑒。

[1]張法.PCCP管道靜水壓試驗在南水北調(diào)配套工程PCCP輸水線路工程中的實踐和控制[J].廣東科技,2012,(15):111-112.