大口徑PCCP管承插口生產(chǎn)工藝尺寸研究

林雄財，萬 芊，劉 元

（1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司建設(shè)咨詢總承包公司，武漢 430015 2.鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局，武漢 430065）

大口徑PCCP管承插口生產(chǎn)工藝尺寸研究

林雄財1，萬 芊2，劉 元1

（1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司建設(shè)咨詢總承包公司，武漢 430015 2.鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局，武漢 430065）

承口和插口作為大口徑PCCP管連接的關(guān)鍵部件，兩者既要求結(jié)合緊密，嚴(yán)絲合縫，又要求有一定空隙，便于安裝，如何高效確定生產(chǎn)的工藝尺寸，確保經(jīng)過一系列生產(chǎn)工序收縮和膨脹后，成品管的承插口尺寸滿足規(guī)范要求顯得尤為關(guān)鍵。以鄂北地區(qū)水資源配置工程項目內(nèi)徑3 800 mmPCCP管為例，通過計算機模擬，綜合考慮當(dāng)?shù)卦牧?，結(jié)合工程經(jīng)驗，確定了最佳的工藝生產(chǎn)尺寸，保證了工程順利實施。

大口徑；PCCP管；承插口；工藝尺寸；鄂北地區(qū)水資源配置工程

1 研究背景

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，以下簡稱PCCP）各節(jié)之間由帶承插口鋼環(huán)的柔性接頭連接，并裝有橡膠圈密封，具備高密封性、高強度、高抗?jié)B性的特點。承口和插口鋼環(huán)制作既要兩者間空隙小，保證承插口連接不漏水，又希望兩者間空隙大，方便安裝，因此，承插口鋼環(huán)已經(jīng)成為PCCP工程的關(guān)鍵部件。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管規(guī)范（GB/T19685-2005）中，僅僅對成品管子承插口最終尺寸有明確規(guī)定，且要求承口內(nèi)徑允許偏差為+0.2～1.0 mm，插口外徑允許偏差為-1.0～-0.2 mm。承插口鋼環(huán)是通過一系列定長下料、卷圓、合縫焊接、漲圓、管芯混凝土澆筑、纏預(yù)應(yīng)力鋼絲、打磨除銹、防腐之后，才形成最終成品，對大口徑的PCCP管材生產(chǎn)來講，承插口基本尺寸一般為4 000 mm左右，承插口允許偏差率為0.2～1.0 mm，要求精度較高。規(guī)范中對承插口初始的生產(chǎn)工藝尺寸沒有明確指標(biāo)，因此，如何確定高精度的承插口鋼環(huán)生產(chǎn)工藝尺寸，經(jīng)過一系列工序的漲圓和收縮后，保證一次生產(chǎn)成功，滿足規(guī)范要求，成為PCCP生產(chǎn)和安裝單位一直關(guān)心的問題。本文以鄂北地區(qū)水資源配置工程內(nèi)徑3 800 mmPCCP工程為例，通過工程實踐研究了承插口工藝尺寸確定方法，旨在為同類工程提供參考。

2 管型設(shè)計及主要原材料

2.1 管型設(shè)計

管道管頂覆土一般回填至原地面高程，厚度范圍為2.0～10.0 m。對覆土為2.0～4 m、4～8 m分別設(shè)計兩種PCCP管（A型管、B型管），在覆土厚度大于8.0 m時，采用A型管混凝土外包PCCP的結(jié)構(gòu)型式，具體設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 PCCP管道選型

2.2 主要原材料

PCCP管插口鋼材采用無錫華冶鋼鐵有限公司生產(chǎn)型鋼，承口鋼材采用河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司生產(chǎn)的型鋼，屈服強度 205 MPa，抗拉強度375～460 MPa，伸長率 26%。

管芯混凝土設(shè)計強度為C55，水泥選用天瑞集團南召水泥有限公司生產(chǎn)的P.O52.5（低堿）水泥，所有粉煤灰選用鴨河口電廠生產(chǎn)的F類I級粉煤灰，摻量15%，所用細(xì)、粗集料分別采用白河流域（新野）砂場生產(chǎn)的天然砂及棗陽石料廠生產(chǎn)的碎石5～25 mm，所用外加劑選用河南鞏義宏超建材有限公司生產(chǎn)的跨越HCJA2 000高效高性能減水劑，摻量1.0%。PCCP管預(yù)應(yīng)力鋼絲采用天津銀龍預(yù)應(yīng)力材料股份有限公司生產(chǎn)的直徑7 mm的壓力管道用冷拉鋼絲。

3 承插口工藝尺寸設(shè)計及生產(chǎn)工藝

3.1 承插口制作工藝

承插口的原料是條狀型鋼。制作時首先須按設(shè)計的長度切斷，在斷口兩端開出便于焊接的“坡口”。通過卷圓機將型材初步制成圓形后，將合口焊好，并打磨光滑。在鋼圈進行漲圓定型之前，承口圈環(huán)要進行扳邊加工，使其成為“喇叭口”狀。將承插口圈置于漲圓機上進行漲圓定形。由于鋼圈在焊接和漲圓過程中均涉及尺寸變化，漲圓后有彈性回縮，因此初始材料定長必須先經(jīng)理論計算，在制作過程中反復(fù)試驗和修正方能確定。漲圓時的力度控制要保證鋼材受到應(yīng)力超過其屈服極限，如此方能使鋼圈達到要求的圓度和起到檢驗焊縫強度的目的。但應(yīng)力過大使操作難度增加，甚至使焊縫開裂，造成不安全因素。

3.2 工藝尺寸設(shè)計

承插口尺寸設(shè)計采用現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)（預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管GB/T19685-2005），經(jīng)計算機模擬、制作、試裝、修訂等程序，并結(jié)合工程實際經(jīng)驗，得出承插口的配合間隙，最終確定生產(chǎn)的工藝尺寸。詳見圖1承插口工藝尺寸設(shè)計流程圖。

圖1 承、插口工藝尺寸設(shè)計流程圖

3.3 承插口初始工藝尺寸

鄂北地區(qū)水資源配置工程PCCP管道內(nèi)徑為3 800 mm，按照規(guī)范要求，承插口設(shè)計直徑為3 973 mm。成品插口圈工作面外徑尺寸應(yīng)為φ3 972.0～φ3 972.8 mm；成品承口圈工作面內(nèi)徑尺寸應(yīng)為φ3 973.2～φ3 974.0 mm。

按PCCP管的設(shè)計參數(shù)及所使用原材料力學(xué)性能，在經(jīng)計算機模擬后并結(jié)合工程經(jīng)驗基礎(chǔ)上，PCCP管生產(chǎn)開始時，對A型管和B型管的承插口設(shè)計工藝尺寸相同，其承口圈設(shè)計工藝尺寸為φ3974.6～φ3 974.8 mm、插口圈設(shè)計工藝尺寸為φ3 971.8～φ3 972 mm。

待鋼筒焊接、管芯混凝土澆筑、纏預(yù)應(yīng)力鋼絲、噴砂漿保護層、外防腐、除銹打磨等一系列工藝流程完成后，進入成品堆放區(qū)。通過對成品的承插口尺寸逐個進行量測，發(fā)現(xiàn)單層纏絲的成品管（即A型管）承口工作面尺寸多集中在 φ3 973.4～φ3 973.8 mm之間，雙層纏絲的成品管（即B型管）承口工作面尺寸多集中在φ3 973.2～φ3 973.4 mm之間。調(diào)整前承插口尺寸統(tǒng)計圖。見圖2。根據(jù)GB/T19685-2005規(guī)范的規(guī)定，成品管承口工作面尺寸要求控制在φ3 973.2～φ3 974.0 mm之間。因此，通過現(xiàn)場統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，單層纏絲成品管承口尺寸多集中在規(guī)范要求的中間范圍，也是控制的最佳范圍。雙層纏絲成品管承口尺寸多集中在規(guī)范要求的下限范圍，稍有不慎，工作面尺寸將超出規(guī)范要求，存在較大安裝難度與風(fēng)險。

圖2 調(diào)整前承插口尺寸統(tǒng)計圖

3.3 對承口生產(chǎn)工藝尺寸的調(diào)整

經(jīng)過初步分析，雙層纏絲的成品管（即B型管）承口工作面內(nèi)徑尺寸偏于下限的原因在于，預(yù)應(yīng)力鋼絲施加的預(yù)應(yīng)力較大，為1 099 MPa，且有雙層纏絲，施加于管芯上，致使管芯收縮，導(dǎo)致承插口鋼環(huán)連帶一起收縮，尺寸趨于規(guī)范要求下限值。

為了將雙層纏絲成品管承口工作面尺寸控制在比較理想的范圍內(nèi)，給安裝提供方便，決定調(diào)整雙層纏絲管承口制作工藝尺寸，由原來的承口圈工藝尺寸φ3 974.6～φ3 974.8 mm調(diào)整為φ3 974.9～φ3 975.1 mm，即上下限尺寸均增大0.3 mm。單層纏絲管承口制作時工藝尺寸不變。插口工藝尺寸均保持不變。調(diào)整后，通過產(chǎn)品管承口量測統(tǒng)計，雙層纏絲管承口尺寸均在承口圈工作面尺寸φ3973.4～φ3 973.8 mm之間（見圖3）。從現(xiàn)場PCCP管安裝情況看，既方便安裝，提高了安裝工作效率，又滿足管道接口密封要求，打壓試驗檢驗不漏水。

4 結(jié)語

本文結(jié)合鄂北地區(qū)水資源配置PCCP管道工程實例，綜合考慮PCCP管不同的設(shè)計參數(shù)及使用不同的原材料，在相同的生產(chǎn)工藝條件下，承插口工藝尺寸設(shè)計均不相同，尤其是在高工作壓力及雙層纏絲情況下，承插口尺寸配合精度及需要考慮的收縮量更為重要。通過計算機模擬計算，并結(jié)合工程現(xiàn)場實踐，確定承插口鋼環(huán)生產(chǎn)的工藝尺寸，并適度微調(diào)，確保承插口工藝尺寸設(shè)計合理，成品尺寸在滿足規(guī)范要求的前提下達到最優(yōu)，避免返工浪費，保證了工程的順利實施。

圖3 調(diào)整后承插口尺寸統(tǒng)計圖

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Study of production dimension of bell and spigot joint for large diameter PCCP

LIN Xiong-cai1,WAN Qian2,LIU Yuan1

(1.Construction Consulting General Contracting Company of Changjiang Co.Ltd.of Survey,Planning,Design and Research,Wuhan 430015,China;2.Water Resources Allocation Construction and Administration Bureau of Ebei Prefecture,Wuhan 430065,China)

Bell and spigot joints are key components for PCCP connection.Tight connection is necessary while fissure clearance is required to permit convenient assembly.It is very important to design the production dimension of bell and spigot joint,because the final dimension of product will change after a serious production processes due to shrinkage and expansion.A water allocation project in the northern area of Hubei Province is designed with PCCP of DN3800.Taking this project as example,computer simulation was conducted to determine the optimum production dimension while taking into account the local materials and engineering experience.

Large diameter;pre-stressed concrete cylinder pipe(PCCP);bell and spigot joint;production dimension;water resources allocation project in northern area of Hubei Province

TU990.3

B

1003-1510（2016）06-0032-03

2016-00-00

林雄財（1983-），男，湖北武漢人，長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司建設(shè)咨詢總承包公司工程師，碩士，從事水利水電工程施工管理工作。