PCCP管在河南省南水北调中线配套工程中的运用

丁 易， 元璐，刘 杰

(1.黄河勘测规划设计有限公司，郑州 450003;2.黄河水利科学研究院，郑州 450003)

1 工程概况

南水北调中线工程是解决京津华北平原城市用水、保障受水区经济社会可持续发展的重大基础设施，是跨越流域、区域对水资源进行优化配置的特大型工程。南水北调中线工程主要由总干渠主体工程、总干渠分水口门至城市自来水厂入口之间的供水配套工程、城市水厂及管网工程三部分组成。三部分工程应同步建成才能实现南水北调工程巨大的社会和经济效益。河南省南水北调受水区供水配套工程主要向南阳、平顶山、漯河、周口、许昌、郑州、焦作、新乡、鹤壁、濮阳、安阳等11个省辖市48个供水目标提供生活和工业用水。

近几年我国对水资源的调整和分配，使长距离引调水工程逐年增多，尤其河南省南水北调中线配套工程的建设已全面开展，随着工程技术、新型材料的发展，我国引进了大量的新型管材和新的生产工艺，为供水工程管材的选择提供了更多的余地。目前给水管材有很多种，大都在钢管(SP)、预应力钢筋混凝土管(PCP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、球墨铸铁管(DIP)、玻璃钢管(GRP)、钢塑复合管等管材中选择，各种管材都有各自的优缺点。根据工程的具体情况，从技术、经济、安全等多方面综合分析比较，该工程大多数管材选用了PCCP的管材。

2 PCCP简介

预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe)简称PCCP，是一种新型的钢性管材。它由带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷以水泥砂浆保护层，采用钢制承插口，同钢筒焊在一起，承插口有凹槽和胶圈形成了滑动式胶圈的柔性接头，是由钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆等组成的复合结构，具有钢材和混凝土各自的特性。根据钢筒在管芯中位置的不同，可分为两种:内衬式预应力钢筒混凝土管(PCCPL)和埋置式预应力钢筒混凝土管(PCCPE)。预应力钢筒混凝土管(PCCP)为复合结构，具有承受内外压较高、接头密封性好、抗震能力强、施工方便快捷、防腐性能好、维护方便等特性。

3 PCCP结构设计

3.1 PCCP结构组成

PCCP可分为两类:内衬式管(LCP)(见图1)和嵌置式管(ECP)(见图2)，通常由下列几部分组成:

b.高强度钢丝:高强度钢丝在预定应力作用下以螺旋方式缠绕在管芯外侧，从而在管芯内部产生均匀的预压应力以抵抗内压和外荷载在管芯内引起的拉应力。依据管子所处的工作环境，对PCCP进行精心设计可得到所需的最佳预应力值。

c.水泥砂浆保护层:包覆并保护缠丝管芯，使其免受外力损坏及外界的腐蚀。

图1 内衬式管(LCP)

图2 嵌置式管(ECP)

3.2 PCCP结构计算

PCCP管的设计计算采用钢丝面积试算的方法进行，即先假定一个钢丝面积，检验该面积下是否符合PCCP管的全部检验准则，如果符合则减小假定钢丝面积再检验，如果不符合则增大假定钢丝面积再检验，直到找到符合全部检验准则的最小钢丝面积。

设计的钢丝面积需满足由管子最大和最小同层钢丝间距确定的管子最小和最大钢丝面积的要求。当设计的钢丝面积小于管子最小钢丝面积要求时，取最小钢丝面积为设计面积。当采用多种直径钢丝进行试算时，计算出各直径钢丝下对应的钢丝面积，然后选取钢丝面积最小的一组作为最终的钢丝面积。

3.2.1 荷载计算

a.管子荷载:包括管子重量Wp、流体重量Wf、静荷载We(包括覆土荷载和附加荷载)、瞬时荷载Wt、工作压力Pw、瞬时内水压力Pt和现场试验压力Pft。

b.荷载组合:管子所受的荷载分为7项，荷载组合有4类共13个荷载组合。

综上可见，氧传感器只能针对理论空燃比检测出混合汽稀或浓，空燃比传感器有着与空燃比成比例的特性，可以更详细地检测空燃比，而且在控制速度上，空燃比传感器在检测到理论空燃比发生偏差时可及时给予修正，氧传感器只可以针对理论空燃比检测出浓或稀，与空燃比传感器相比补偿时间过长。所以目前随着尾气排放标准的不断提高，几乎所有车型的空燃比传感器都被作为主氧传感器使用。

3.2.2 参数计算

包括钢丝参数、保护层参数、薄钢筒参数、混凝土参数、砂浆参数等。

预应力钢丝直径ds:5mm、6mm、7mm;

预应力钢丝最小抗拉强度fsu:1670MPa;

预应力钢丝总缠绕应力fsg:1252.5MPa;

薄钢筒厚度dy:1.5mm;

薄钢筒拉伸屈服强度fyy:227MPa;

薄钢筒破裂强度设计值f*yy:310MPa;

净保护层厚度:20mm;

混凝土强度等级:C50;

保护层砂浆28天抗压强度设计值:45MPa;

管基包角:90°;

填土湿容重:γs=20kN/m3。

3.2.3 计算成果

根据PCCP管道结构计算数据，将计算成果列于下表。

PCCP管结构计算成果表

4 PCCP的安装技术要求

4.1 PCCP安装

管道基础为人工土弧基础，管道安装运输时不得扰动地基。管道安装一般应将承口端面向安装方向，安装时宜自下游开始，承口朝向施工前进方向。管道安装时，为防止承插口环碰撞，待装管应缓慢而平稳地移动。对口时，应使插口端与承口端保持平行，并使圆周间隙大致相等，确保准确就位。当管道移动至距已装好管道的承口100～200mm时，宜用方木支垫在两管间。各项准备工作完成后，撤除支垫方木，采用内拉法或外拉法，使待装管徐徐平行移动，直至达到规定的安装间隙。对于直线段，安装间隙应控制在25±10mm范围内。管道接头设计有转角时，接头的最小间隙不小于10mm。每节管道安装完毕后，应采用钢制测隙规检查密封橡胶圈是否仍然在插口环的凹槽内。

4.2 接头打压检验

PCCP安装完成后需要进行3次打压检验。第一次，管道安装完成后，随即进行接头打压，以检验接头的密封性;第二次，每安装完成3节PCCP管后，应对先前安装的第一根管接缝进行第二次接头打压;第三次，在管顶回填完成后进行。接头打压应使用经过率定的专用加压泵，从接头下部的进水孔压水，上部排气孔排气;排气结束后拧紧螺栓，加压至管道工作压力，保持5min压力不下降，即为合格。

4.3 管道接缝处密封

为防止外露的承插口钢构件遭受腐蚀，需要在管接头外侧进行密封保护。应保证聚硫密封胶同承插口钢圈粘接牢固，聚硫密封胶宽度应充满缝宽，厚度为25mm。

5 PCCP管在河南省南水北调中线配套工程的使用

由于PCCP管材具有生产技术成熟、接头密封性好、抗震能力强、对一般地基无特殊要求、安装迅速的特点，在南水北调中线河南省配套工程进入大规模建设阶段之时，PCCP的使用对加快施工进度、保证水质，以及运行安全起到了重要的作用，满足了河南省南水北调配套工程的配套工程与主体干线工程同步建成、同步通水、同步达效的“三同步”要求。南水北调中线在河南省沿线南阳、漯河、周口、平顶山、许昌、郑州、焦作、新乡、鹤壁、安阳、濮阳等11个受水市的配套工程中使用PCCP达660km，管径从DN1000～DN3000，到2013年底已安装埋设大约80%。这对改善河南省受水区域市水资源紧缺状况、归还城市挤占的农业和生态用水效果明显，为城市经济社会可持续发展提供了供水安全保障，对全省的经济社会发展具有十分重要的意义。■