输水管线工程中PCCP管借转接头安装控制

张岩

（水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830000）

1 引言

大口径输水管道在室外长距离输水管道工程中运用越来越多，PCCP管是目前常用的大口径输水管道之一。PCCP管自引进后经过多年的发展，国内PCCP管最大管径已达4 m。

PCCP 管是以钢筒混凝土为管芯，在混凝土管外缠绕环向预应力高强钢丝，在钢丝表面喷20 mm以上的砂浆保护层形成的复核管材。管道承插口采用钢板冷加工成型，采用胶圈密封。具有抗拉、抗渗、耐磨损、耐腐蚀、使用寿命长，能抗较高内压和外压的优点。此类管道的管配件可现场定做，简便可靠。PCCP管安装采用承插接头连接，接头具有可挠性，有利于防震。

由规范《预应力钢筒混凝土管》可知，PCCP 管的公称内径为DN400～DN4000，管线运行工作压力或静水头不超过2.0 MPa。目前国内PCCP管的最大工作压力可做到2.0 MPa；据调查，国外应用PCCP 管最大管径达DN7600，最高工作压力可达4.1 MPa以上。PCCP管的生产线可迁移至施工现场，较大节省运费，在同等大口径管材中其综合造价经济效果明显，在大口径、长距离输水工程中应用广泛。

PCCP管作为柔性接头的刚性管，采取承插连接，在承插口安装时，管与管之间的接头间隙需达到密封不漏水的要求。管接头间隙宽度控制对保证管道安全运行至关重要。以PCCP管管径DN3000～DN3400，埋置式双胶圈密封承插连接，单节管有效长度5m为例，说明PCCP管在竖向、水平向转弯敷设时，采用借转转弯时管道接头间隙的控制指标。

2 PCCP管接头安装间隙

2.1 规范中管接头间隙

根据规范《给水排水管道工程施工及验收规范》，沿直线安装时，插口端面与承口底部的轴向间隙应大于5 mm，且小于等于25 mm。

规范《预应力钢筒混凝土管道技术规范》，直线段轴向最小安装间隙10 mm，转角管道接头轴向最小安装间隙5 mm，轴向最大间隙埋置式双胶圈为25 mm。

规范《预应力钢筒混凝土管》对管径DN3000～DN3400 的双胶圈接头允许最大相对转角为0.70°（依管线工程实际情况，在进行管子接头设计时允许增大接头允许相对转角）。

在以上规范中，PCCPDE管子接头见图1。

图1 PCCPDE管接头图

根据规范中管接头间隙参数可知，在直线段安装时管间隙在5～25 mm，但在小角度转弯处，往往需靠PCCP管借转通过，在转弯处借转安装时，对应外侧承插口钢环处间隙及管壁外侧最大间隙示意图见图2。

图2 PCCPDE管借转处最小间隙与对应最大间隙位置示意图

对于三种不同管径，借转处，按PCCP 管有效长度5 m，壁厚0.30 m，转弯处在管壁外侧最小间隙5 mm 时，根据理论计算，不同相对转角对应承插口处、管壁外侧最大间隙见表1。

由表1可知，当采用允许最大相对转角0.70°，在借转处，管壁外侧最小间隙为5mm 时，所在接头相对位置处间隙均远超25mm最大间隙的要求。因此管道相应借转角度应减小才能使得最大间隙控制在25mm。

表1 PCCPDE管借转处最小间隙与对应最大间隙理论计算表

2.2 管道接头最大理论间隙

在管道转弯处采用管道借转通过，在相邻两根管道借转时，存在接头最小间隙和对应外侧最大间隙问题。

考虑埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPDE）基本尺寸、承口深度、插口长度（见图3）及接头间隙等参数，见表2。

根据图1、图3、表2可以算出，插口端长度为a+h+a+b=21+16+21+10=68 mm，在承口钢环f 长度范围内，结合规范GB50268-2008、SL702-2015 中对最小间隙大于等于5 mm 的要求，插口端在保证双胶圈均发挥作用的有效可拔出最大长度为f-68-5=127-68-5=54 mm，因此在借转时，当控制内侧最小安装间隙5mm 时，则理论外侧极限最大间隙为59 mm。根据规范《预应力钢筒混凝土管》中“表5 成品管允许偏差”表中数据可知，承口工作面深度C 允许偏差为+5 mm、-10 mm，考虑最不利情况，当成品管允许偏差为-10 mm，当借转内侧最小安装间隙为5 mm 时，则外侧极限可拔出长度为59-10=49 mm。因此为充分保证双胶圈发挥作用，以管道接头最大间隙控制在不大于49 mm 为宜。再考虑规范GB50268-2008“表5.7.1 管端面垂直度”可知，对管端面垂直度的允许偏差为9～13 mm，则对DN3000～DN3400的PCCPDE管，管道接头考虑端面垂直度不利的允许偏差值因素时最大间隙为40～36 mm。考虑最不利组合理论计算管道接头最大间隙为40～36 mm时，双胶圈可发挥作用。

表2 DN2800～3400的PCCPDE双胶圈承插口钢环基本尺寸表

图3 双胶圈接头钢环截面详图

2.3 实践中借转接头间隙指标的探索

实际供水管线线路长，水平及竖向转弯多，在小于5°的转弯处采用管道借转通过，有利于减少管配件，减少投资，快速施工。

在利用管道借转时，控制相对转角及间隙的大小是在不断试安装中进行调整的。安装是否合格的主要检验指标为接头打压试验，施工前，一般设计单位会根据相关规范提出安装技术要求。

对接头管道回填之前应进行管道严密性试验及两胶圈间的严密性试验。接头试验进水孔位于管道底部两胶圈之间，与底部进水口对应的顶部设排气孔，水压打压试验时，由管底进水孔注水顶部排水孔排气，等胶圈间气体完全排出后，拧紧顶部排气孔，根据设计要求的试验压力进行打压加压。接头打压试验分三次进行，管道安装后进行第一次接头打压试验，后续管道安装两根后对此接头进行第二次打压试验，管道回填后对此接头进行第三次打压试验。经过三次打压试验，反复检验接头的严密性，保证接头密封严密，从而保证安装质量。

按规范工程在借转安装过程中会经常通过反复检验，严格控制管壁外最大间隙小于等于25 mm，但实际操作中有困难。

对于工程实际，小角度转弯处采用管道借转是较为理想的连接方式。在借转处，规范GB50268-2008、GB／T19685-2017中未明确规定借转处管道接头间隙最大值，在规范SL702-2015 中明确转角管道接头轴向间隙为25 mm，但在借转处如控制最大管缝大于等于25 mm，则相邻两根管道相对转角将非常有限，在总转角一定情况下，需要借转的管道根数越多，不利于快速安装且控制困难。考虑成品管的最不利组合时，理论计算管道接头最大间隙可取40～36 mm。

当控制最大间隙取36 mm 时，DN3400～3000 对应的相对转角为0.44、0.47、0.49°。根据规范SL702-2015 中表10.4.3 管道敷设的允许偏差可知，当安装偏差达±30 mm时，相邻管道间将发生相对0.34°，叠加36 mm管道接头间隙对应转角则将超过0.70°，因此最大间隙需减小，相对转角需≤0.70-0.34=0.36°，由此结合表1数据，建议取最大管接头间隙28 mm较为合理，此时总相对转角基本都控制在0.70°以内，可满足规范要求。

实践中可结合管道安装情况，确定借转管道接头内侧最小安装间隙5 mm时，外侧最大间隙控制在28 mm。

3 结语

为保证管道安装质量及保证相邻管道接头相对转角控制在规范允许最大0.70°范围内，在借转处，内侧最小间隙5 mm时，对应外侧最大间隙取28 mm。考虑各种误差及施工完成后，还会因为其他原因（如微小沉降等）出现角度偏差，因此安装时相对转角尽可能≤0.35°。安装事实证明，该控制间隙可有效保证接头打压合格。当安装过程中能有效控制偏差控制在±20 mm 以内，借转内侧间隙5 mm，则可适当放大管道外侧接头最大间隙至36 mm。

通过参考相关规范及类似工程，确定借转管道接头最大间隙，可供类似工程参考。