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探究长距离输水工程采用大口径PCCP管的安全防护对策

发表时间：2020/10/23 来源：《基层建设》2020年第19期作者：王玉国刘海洋

[导读] 摘要：在水利工程技术不断发展的背景下，PCCP（预应力钢筒混凝土）管道在我国长距离输水工程当中得到了广泛应用，且相关技术变得愈来愈成熟。

        新疆国统管道股份有限公司新疆乌鲁木齐 831407
        摘要：在水利工程技术不断发展的背景下，PCCP（预应力钢筒混凝土）管道在我国长距离输水工程当中得到了广泛应用，且相关技术变得愈来愈成熟。相对于其他类型输水管道而言，PCCP管道具备了抗拉、易密封、耐腐蚀及抗压的特点，并且强度、密封性及抗渗特性都较为突出。本文主要针对PCCP管道在长距离输水工程中的应用进行简要分析。
        关键词：PCCP管道；长距离输水工程；应用
        PCCP是一种复合类型的管材，由混凝土及钢材等多种材料制造而成，主要可分为内衬式与埋置式两种不同的结构形式，并且管道包括带胶圈与双胶圈两种不同的密封形式，具有抗渗、耐腐蚀等多项优势。另外，PCCP管道能够适应极强的工作压力，约为1.6MPa左右，并且管道在安装时十分简便，无需花费过高的费用，可为工程建设节约成本。结合PCCP管道目前的应用情况来看，其在输水管线、隧道管线等多项工程中发挥着重要作用，并且可满足长距离输水工程的基本要求。
        1、PCCP技术概述
        PCCP即预应力钢筒混凝土管，是目前最为主流的输水管材之一。其管芯为带钢筒混凝土，在管芯上缠绕预应力钢丝，并喷涂上一层水泥砂浆保护层，即可得到PCCP。PCCP同时集成了钢管与预应力混凝土管的优点，较普通钢管及预应力混凝土管具有更好的性能及品质。PCCP应用范围极广，并具有寿命长、成本低、不漏水、抗震性能强的特点，无论是在长距离输水，还在是城市供给水当中，都具有较好的适用性。通常情况下，PCCP管材主要可分为两种类型即埋置式管材与内衬式管材。埋置式PCCP主要采取振动工艺成型，口径较大，是在钢筒内、外侧砼层成型后，再将环向预应力钢丝缠绕到管芯砼层外表面，然后喷涂泥沙浆保护层制得。埋置式PCCP抗渗透压能力优秀，其工作压力超过1．5Mpa，最高可达5Mpa。内衬式PCCP主要采取离心工艺成型，口径相对较小，是在钢筒内壁砼层成型后，再将环向预应力钢丝缠绕至钢筒外表面，以水泥砂桨作为保护层而制成。
        在应用PCCP管道输水的过程中，首先需要进行设计，具体来说，主要包括以下几项设计要点。第一，PCCP管道重量较大，并且输水工程具有一定的复杂性，这就使得图纸的设计难度较高，因此与工程相关的各单位必须明确管件的特点及使用要求。另外，设计师除了绘制总平面图之外，还应设计局部图与设备安装图纸，并且应明确指出管件的配套要求。另外，参建单位必须明确管道的直径、长度、运输过程中的维护要点，进而促使工程能够实施地更加顺利。第二，必须做好降水及排水等各项技术措施，确保设计方案的可行性较高。第三，设计师必须明确与管道所对应的施工道路，以免机械设备与施工场地的条件不符。另外，还应合理划分在维护管道时的专用道路，并且应做好防腐处理。此外，还应对工程进行信息化管理，这就需要构建信息系统。第四，PCCP管道支墩较多，并且不同的支敦受力差异性较大[1]，因此需要对各支墩进行准确计算，并在此基础上绘制出相应的施工图纸。另外，为了使PCCP管道的经营及维护更加便利，需要分段设置截流阀及排气阀，进而确保设计方案能够与施工要求相符。
        2、PCCP管道在长距离输水在实际工程中的应用
        LN省A调水工程建设是LN省最具规模的调水工程，二期工程在一期工程的基础上横跨整个省份的中南部，把一期工程中的水调度到下游各个市区，主要包括辽阳、抚顺、鞍山和盘锦等多个市区，并且在此基础上对大连进行水的供应，涉及到大连的多个市区，为大连市民提供了方便。A水利二期工程在2006年已经开工，施工总长为260km，管道铺设采用的是PCCP管道，型号有两种，直径分别是2.4m和3.2m。二期工程与一期工程相比最大的不同就是二期地质条件比较复杂，征地环节难度比较大，这大大增加了工程施工的难度，因此该工程的进度比较缓慢，而且对工程投资和质量的控制非常严格，特别是PCCP管道工程的建设，不管是管道铺设环节还是工程管理，都要进行严格的控制，最大程度上保证输水工程按期完成，并能够对投资进行有效控制。

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        3、长距离管道工程设计
        3.1该工程PCCP管道属于长距离输水工程，由于PCCP管道的生产属于机械化生产，接口具有版柔性、管道比较重、体积比较大，所以，对该工程管道设计的要求比较高。设计师需要根据地质条件和管道设备等进行科学合理的设计，还需要根据具体情况绘制各环节图纸和准备详细的施工材料，并在平面图中明确管件放置要求和位置定位。
        3.2工程设计施工图中应对施工顺序和分段施工进行明确的标注，对合拢管的位置进行事前确定，要在最大程度上对征地要求和环境的保护进行明确的规定，设计时做到各个环节的万无一失。在施工中，还要对降水和排水技术措施进行明确，对地基处理技术应规范化实施，施工时最大程度上保证施工人员的安全，安全施工和质量保证都要做到位。
        3.3设计师在对PCCP管道进行图纸设计时，需要对管道的吊装和运送进行详细的规划，还需要有专门供大型机械施工的道路，在对管道吊装和运输时需要对管道进行必要的保护措施，对管线的安全和维护工作都需要使用专门的道路。设计师还要对管道的防腐蚀和检测系统进行详细设计，保证整个输水信息工程的建设。
        3.4设计师需要对管件和构筑物进行设计，由于PCCP管道的连接口是承插口，如果水流的外推力大于承插口拉力时，很容易出现承接口松动，需要进行钢筋混凝土支墩的设置，管道穿过阀门井壁时应设置必要的止推环，外侧进行混凝土的回填，以此抵抗井下推力。长距离PCCP管线支墩有多种形式，比如变径、三通和弯头等支墩。支墩之间有不同的受力面积，这些需要设计者进行详细的分析和设计。
        4、长距离输水工程水锤防护技术与安全措施
        4.1造成工程事故的主要原因
        由于长距离输水管道的长度比较长和铺设环境复杂的原因，在对水泵进行启动时，很有可能由于水锤的原因造成使管道破裂，这种现象在水泵启动的环节中比较常见。所以，设计师应对此环节进行认真的分析，聘请比较专业的水泵技术人员根据不同的水泵工作状况和不同阀门的突发情况对水锤进行必要的研究和计算，这样做的目的就是能够找出设计中出现的一些问题所在，也能够对未来整个管道的运行提出技术要求。长距离输水工程，要特别注意水柱分离弥合水锤对工程的危害，在长距离输水管道中会时常出现流速变化的情况，由于水的流速同一时间不同，直接导致管道的压力不恒定，压力时大时小，如果管道压力小于汽化压力时，很大程度上会出现断流的情况，空腹处的水流速度不同，很有可能通过撞击加大管道的压力，就会形成断流弥合水锤，危害性较大。
        4.2水锤防护技术与安全措施
        长距离输水如果采用压力流输水方式，要防止水锤出现的几率，并且对其进行控制，需要使用水锤消除器或者调压井等多种方式来进行避免。由于输水管道中水的运行是水气两通，需要通过管道的纵向布置来进行计算不同工作状况中水流动状态的可能性，因此需要在合适的位置进行排气阀的布置。管道的排气问题也需要特别注意，在设计时应把管线布置成一个相对高点，并设置排气阀，做一些适当的估算。
        5、结束语
        综上所述，长距离输水工程建设由于地形复杂多变，技术相对复杂，施工中需要因地制宜，对人员和资金的投入要求比较高，但是它很好的解决了城市用水问题，适应我国经济飞速发展的要求。在进行长距离PCCP管道工程建设时，应结合各地局势进行因地制宜的建设，对工程中的质量要求和施工技术制定一个比较完善的体系，更大程度上对建筑设施进行维护，推进我国水利工程的快速发展。
        参考文献：
        [1]张法.PCCP管道静水压试验在南水北调配套工程PCCP输水线路工程中的实践和控制[J].广东科技.2016（15）
        [2]刘春雷，刘长垠，袁春丽.微型轨道车在小断面隧洞安装PCCP管道中的应用[J].河南水利与南水北调.2015（18）
        [3]何玉.大管径PCCP管道穿越大型河流的施工技术[J].水利水电技术.2015（09）