超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究

張偉超

山東龍泉管道工程股份有限公司

超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究

張偉超

山東龍泉管道工程股份有限公司

超大口徑PCCP管道的結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究是“十一五”計劃中“南水北調(diào)”中線工程的主要研究對象，計劃中指出，研究工作必須建立在PCCP工程的實際運行情況上，研究成果必須具有實際的可行性，確保成果對于PCCP工程的建設(shè)、管理、發(fā)展能夠起到指導的作用。

PCCP管道；結(jié)構(gòu)安全；質(zhì)量控制

1 超大口徑PPCCCCPP管道的施工技術(shù)要點

受到實際情況的限制，在運用超大口徑的PCCP管道時，管道的設(shè)計和生產(chǎn)必須借鑒美國的標準。美國在PCCP管道上的研究已經(jīng)比較成熟了，制定的標準都是建立在真實的材料質(zhì)量水平、試驗方法、生產(chǎn)水平檢測的基礎(chǔ)上的，我國半生不熟的使用情況完全不同，所以值得我國去借鑒、學習。因為南水北調(diào)工程中，使用的管道直徑已經(jīng)達到了4米，遠遠超過了以往的管道直徑，所以對管道的安全性、防腐性、水力性等多種性能提出了更高的的要求。要想很好地解決這些制造、運輸、安裝上的難度，就必須加大對于超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制的研究。

1.1 管道的安裝

在安裝PCCP管道的溝槽開挖完工之后，確定這些溝槽已經(jīng)達到了設(shè)計的要求，接下來就要把注意力放到管道的安裝上。安裝前，需要對管道一根根地進行檢查，確保運過來的管道沒有破損的跡象，承插口也完好無損。只有各項檢測的結(jié)果符合安裝的要求后才能進行正式的安裝工作。安裝時，承口端的方向要與安裝的方向保持一致，可以借助吊車這一類的工具將管道吊起來，移送到已經(jīng)裝好管道的承口或者插口的上方一百到二百毫米處，在承插口處涂上一定的植物類潤滑油，使插口端與承口端始終保持在同一水平方向，將管道緩慢下降，一直下放到規(guī)定的安裝間隙。安裝完成后，還需要對管道的平面位置和坡度進行測量，仔細校對管道的軸線和標高，并將校對的記錄詳細的記錄下來，確保進行下一屆管道的安裝時能夠查找到前一節(jié)管道的測量記錄。

1.2 安裝檢測

在管道安裝的過程中，需要使用專門的測量工具對管道的開口度進行測量，一般來說，最合理的開口度應該控制在15到30毫米之間。如果管道的基礎(chǔ)不是很均一的情況下內(nèi)部之間允許的最大間隙是25毫米。管道全部安裝完成后，需要立即進行接頭打壓的工作，以此確保接頭的密封性能。使用經(jīng)過率定的專用加壓泵進行排氣，等氣全部排完之后，將螺栓擰緊，然后施加0.25MPa的壓力，使氣壓維持五分鐘不變，同樣的工作在恢復規(guī)定工作壓之后再重復一次，如果兩次都能保證五分鐘內(nèi)不下降，就說明接頭打壓的工作是合格的。沒完成三節(jié)管道的安裝就需要對三節(jié)中的第一節(jié)管道重復一次接頭打壓的步驟，直至管頂回填完成。

1.3 管道的回填

已經(jīng)安裝完成的管道是不能長時間暴露在外面的，尤其是在雨期和冬季的時候，如果長時間暴露在外面，會影響管道的正常使用，所以管道的安裝工作完成之后，一定要趕緊進行管道的回填，一般來說，每安裝完20到40節(jié)管道就可以進行一次回填了?；靥钪埃葘喜壑畠?nèi)的雜物、積水等清除干凈，然后按照分區(qū)的原則進行回填。從管道的兩側(cè)到管道的頂部必須分層夯實，每一層鋪設(shè)的厚度最好不要超過30厘米，還有就是兩側(cè)的高度是不能超過對應層填筑的厚度的?；靥钔瓿珊螅嚓P(guān)單位還需要對管道的軸線、高程進行復測，以此確保管道不會出現(xiàn)沉降和變形的情況。

2 確保安全性的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 PCCP仿真分析系統(tǒng)

PCCP的仿真系統(tǒng)一般應用于各種結(jié)構(gòu)的受載響應分析，在結(jié)構(gòu)力學的計算方法中，采用極限狀態(tài)設(shè)計的方法會有一定的不足，而分析系統(tǒng)正好彌補了這種不足。PCCP分析系統(tǒng)可以比較詳細地分析出在各種外荷載作用下管道結(jié)構(gòu)的受力性狀以及發(fā)展的規(guī)律，不僅如此，分析系統(tǒng)還能模擬結(jié)構(gòu)應力變形的整個分布過程。而且分析系統(tǒng)提供的這種專業(yè)的軟件平臺不僅功能強大，還很方便操作。

2.2 輔助設(shè)計系統(tǒng)

這一系統(tǒng)軟件是基于相關(guān)的規(guī)范設(shè)計出來的，可以用來計算混凝土壓力管的設(shè)計和校驗計算，對各種材料的用量進行統(tǒng)計，初步預算處工程的整體造價。不僅如此，這一軟件甚至能夠?qū)Ω餐梁奢d和汽車的荷載進行計算，并且提供了多種覆土埋置的選擇形式。系統(tǒng)最后的計算結(jié)果會以Word文檔的形式展現(xiàn)出來，非常方便實用。管子在進行設(shè)計時，各項的參數(shù)還可以參照國際單位制SI或者是美國的單位制US，兩者中的任意一種都可以對我國管道的生產(chǎn)起到規(guī)范的作用。

2.3 基于纏絲模型的數(shù)值計算的方法

在進行施加在鋼絲上的預應力方面計算時，缺少合理的結(jié)構(gòu)有限元分析模型，所以計算結(jié)果一直存在著欠缺的地方。文章提出的纏絲模型是以環(huán)形預應力作為作用的機理，在此基礎(chǔ)上提出了鋼絲收拉均勻的假設(shè)，將鋼絲與混凝土管芯之間的相互作用也一并考慮在了假設(shè)中。因為預應力鋼絲的離散，模型中不會過多的限制自由，所以能夠不斷搜索、更新鋼絲和混凝土地自由度之間的接觸。但是這種模型還有進一步簡化的空間，動力的計算方式也可以使用顯性的，當然，模型的合理性也需要有更進一步的驗證。

3 結(jié)束語

既然超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究能夠被納入“十一五”的科技研究計劃中，就說明超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究對于我國的經(jīng)濟、科技發(fā)展都具有比較重大的意義，值得我們投入人力、物力、財力。所以在這一問題的研究上，一定要結(jié)合我國的實際情況，研究出最適合我國實際發(fā)展情況的成果，真正對我國的超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制起到推動的作用。

[1] 王東黎;鄭征宇;胡少偉;李慶斌;竇鐵生;劉江寧，超大口徑PCCP管道結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制研究[J]南水北調(diào)與水利科技,2009.

[2] 俞子陽,南水北調(diào)超大口徑DN4000PCCP管道工程關(guān)于改進制管工藝與質(zhì)量控制的幾點體會[J]才智,2008.

[3] 楊進新;忽惠卿;王東黎;馮克義，南水北調(diào)中線PCCP管道工程安全監(jiān)測方案研究[J]水利水電技術(shù),2009.

[4] 胡少偉，南水北調(diào)超大鋼筒混凝土管道結(jié)構(gòu)安全評估[J]水利水運工程學報,2009.

[5] 劉燁華,超大直徑PCCP施工規(guī)劃與關(guān)鍵工法研究,清華大學,2015.