輸水管線工程中PCCP管借轉(zhuǎn)接頭安裝控制

張巖

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(zhǎng)距離輸水管道工程中運(yùn)用越來(lái)越多，PCCP管是目前常用的大口徑輸水管道之一。PCCP管自引進(jìn)后經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)PCCP管最大管徑已達(dá)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(qiáng)鋼絲，在鋼絲表面噴20 mm以上的砂漿保護(hù)層形成的復(fù)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(zhǎng)，能抗較高內(nèi)壓和外壓的優(yōu)點(diǎn)。此類(lèi)管道的管配件可現(xiàn)場(chǎng)定做，簡(jiǎn)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(chēng)內(nèi)徑為DN400～DN4000，管線運(yùn)行工作壓力或靜水頭不超過(guò)2.0 MPa。目前國(guó)內(nèi)PCCP管的最大工作壓力可做到2.0 MPa；據(jù)調(diào)查，國(guó)外應(yīng)用PCCP 管最大管徑達(dá)DN7600，最高工作壓力可達(dá)4.1 MPa以上。PCCP管的生產(chǎn)線可遷移至施工現(xiàn)場(chǎng)，較大節(jié)省運(yùn)費(fèi)，在同等大口徑管材中其綜合造價(jià)經(jīng)濟(jì)效果明顯，在大口徑、長(zhǎng)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(shí)，管與管之間的接頭間隙需達(dá)到密封不漏水的要求。管接頭間隙寬度控制對(duì)保證管道安全運(yùn)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(zhǎng)度5m為例，說(shuō)明PCCP管在豎向、水平向轉(zhuǎn)彎敷設(shè)時(shí)，采用借轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎時(shí)管道接頭間隙的控制指標(biāo)。

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(yàn)收規(guī)范》，沿直線安裝時(shí)，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(duì)管徑DN3000～DN3400 的雙膠圈接頭允許最大相對(duì)轉(zhuǎn)角為0.70°（依管線工程實(shí)際情況，在進(jìn)行管子接頭設(shè)計(jì)時(shí)允許增大接頭允許相對(duì)轉(zhuǎn)角）。

在以上規(guī)范中，PCCPDE管子接頭見(jiàn)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(shí)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(guò)，在轉(zhuǎn)彎處借轉(zhuǎn)安裝時(shí)，對(duì)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(jiàn)圖2。

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

對(duì)于三種不同管徑，借轉(zhuǎn)處，按PCCP 管有效長(zhǎng)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(shí)，根據(jù)理論計(jì)算，不同相對(duì)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)承插口處、管壁外側(cè)最大間隙見(jiàn)表1。

由表1可知，當(dāng)采用允許最大相對(duì)轉(zhuǎn)角0.70°，在借轉(zhuǎn)處，管壁外側(cè)最小間隙為5mm 時(shí)，所在接頭相對(duì)位置處間隙均遠(yuǎn)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(duì)應(yīng)最大間隙理論計(jì)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(guò)，在相鄰兩根管道借轉(zhuǎn)時(shí)，存在接頭最小間隙和對(duì)應(yīng)外側(cè)最大間隙問(wèn)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(zhǎng)度（見(jiàn)圖3）及接頭間隙等參數(shù)，見(jiàn)表2。

根據(jù)圖1、圖3、表2可以算出，插口端長(zhǎng)度為a+h+a+b=21+16+21+10=68 mm，在承口鋼環(huán)f 長(zhǎng)度范圍內(nèi)，結(jié)合規(guī)范GB50268-2008、SL702-2015 中對(duì)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(zhǎng)度為f-68-5=127-68-5=54 mm，因此在借轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)控制內(nèi)側(cè)最小安裝間隙5mm 時(shí)，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(dāng)成品管允許偏差為-10 mm，當(dāng)借轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)最小安裝間隙為5 mm 時(shí)，則外側(cè)極限可拔出長(zhǎng)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(duì)管端面垂直度的允許偏差為9～13 mm，則對(duì)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(shí)最大間隙為40～36 mm?？紤]最不利組合理論計(jì)算管道接頭最大間隙為40～36 mm時(shí)，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(shí)踐中借轉(zhuǎn)接頭間隙指標(biāo)的探索

實(shí)際供水管線線路長(zhǎng)，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(guò)，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(shí)，控制相對(duì)轉(zhuǎn)角及間隙的大小是在不斷試安裝中進(jìn)行調(diào)整的。安裝是否合格的主要檢驗(yàn)指標(biāo)為接頭打壓試驗(yàn)，施工前，一般設(shè)計(jì)單位會(huì)根據(jù)相關(guān)規(guī)范提出安裝技術(shù)要求。

對(duì)接頭管道回填之前應(yīng)進(jìn)行管道嚴(yán)密性試驗(yàn)及兩膠圈間的嚴(yán)密性試驗(yàn)。接頭試驗(yàn)進(jìn)水孔位于管道底部?jī)赡z圈之間，與底部進(jìn)水口對(duì)應(yīng)的頂部設(shè)排氣孔，水壓打壓試驗(yàn)時(shí)，由管底進(jìn)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(jì)要求的試驗(yàn)壓力進(jìn)行打壓加壓。接頭打壓試驗(yàn)分三次進(jìn)行，管道安裝后進(jìn)行第一次接頭打壓試驗(yàn)，后續(xù)管道安裝兩根后對(duì)此接頭進(jìn)行第二次打壓試驗(yàn)，管道回填后對(duì)此接頭進(jìn)行第三次打壓試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)三次打壓試驗(yàn)，反復(fù)檢驗(yàn)接頭的嚴(yán)密性，保證接頭密封嚴(yán)密，從而保證安裝質(zhì)量。

按規(guī)范工程在借轉(zhuǎn)安裝過(guò)程中會(huì)經(jīng)常通過(guò)反復(fù)檢驗(yàn)，嚴(yán)格控制管壁外最大間隙小于等于25 mm，但實(shí)際操作中有困難。

對(duì)于工程實(shí)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(duì)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(shí)，理論計(jì)算管道接頭最大間隙可取40～36 mm。

當(dāng)控制最大間隙取36 mm 時(shí)，DN3400～3000 對(duì)應(yīng)的相對(duì)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(dāng)安裝偏差達(dá)±30 mm時(shí)，相鄰管道間將發(fā)生相對(duì)0.34°，疊加36 mm管道接頭間隙對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角則將超過(guò)0.70°，因此最大間隙需減小，相對(duì)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(shí)總相對(duì)轉(zhuǎn)角基本都控制在0.70°以?xún)?nèi)，可滿足規(guī)范要求。

實(shí)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(shí)，外側(cè)最大間隙控制在28 mm。

3 結(jié)語(yǔ)

為保證管道安裝質(zhì)量及保證相鄰管道接頭相對(duì)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(shí)，對(duì)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(huì)因?yàn)槠渌颍ㄈ缥⑿〕两档龋┏霈F(xiàn)角度偏差，因此安裝時(shí)相對(duì)轉(zhuǎn)角盡可能≤0.35°。安裝事實(shí)證明，該控制間隙可有效保證接頭打壓合格。當(dāng)安裝過(guò)程中能有效控制偏差控制在±20 mm 以?xún)?nèi)，借轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)間隙5 mm，則可適當(dāng)放大管道外側(cè)接頭最大間隙至36 mm。

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