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PCCP 在国内大型调水工程中的应用与发展
资讯类型:业界动态 加入时间:2017年10月16日12:26

                       PCCP 在国内大型调水工程中的应用与发展
             辛福选 朱宗河 张 华(山东电力管道工程公司,山东 泰安 271222)
     摘 要:PCCP 在中国已经有28 年的历史,以其运行安全可靠、施工方便、造价经济获得广泛的应用,特别是在大型调水工程中成为首选管材,本文作者以参与的万家寨引黄、南水北调、西江引水、LXB 工程这四个有代表性的工程,介绍了PCCP 成就了调水工程,调水工程推动了PCCP 在国内的发展和技术进步。
     关键词:PCCP 技术;调水工程;应用发展
    中图分类号:TU528.73 文献标识码:B 文章编号:1003-8965(2016)05-0082-03
    1988 年山东电力管道工程公司从美国引进预应力钢筒混凝土管制管技术和关键设备,并制订了国内第一个PCCP 企业标准:山东电力管道工程公司企业标准《预应力混凝土钢筒管》Q/DGG101-01。1989 年生产出第一节大直径PCCP(直径2600mm),随后PCCP 成功应用于华能德州电厂循环水管道工程,拉开了国内PCCP 的规模化、标准化生产的序幕。
    1996 年,制订了中国建材行业标准:《预应力混凝土钢筒管》JC625-1996。到上世纪末,已为国内外供水工程提供了直径0.6-3.0m 的PCCP 管道600 多km,应用于80 多个工程项目,积累了丰富的技术经验。2000年前后,国内相继建成多个PCCP 生产厂,生产能力达到了一定的水平和规模。特别是世纪之初总长43.5km、DN3000PCCP 在山西省万家寨引黄工程成功应用,使PCCP 生产施工有了更加长足的进步。2005 年制订了中华人民共和国国家标准:《预应力混凝土钢筒管》。标准制定后,大力推动了PCCP 在水利、电力、市政、化工、核电工程项目上使用,特别是在大型调水项目中,成为首选管道,南水北调中线京石段应急供水工程、大伙房水库输水( 二期) 工程、胶东引黄调水工程、广州西江引水工程、LXB 工程、吉林中部城市引松工程都采用了PCCP。在以上工程中,山西省万家寨引黄工程、南水北调中线京石段应急供水工程、广州西江引水工程、LXB 工程是四个里程碑式的调水工程。下面以这四个工程为例浅谈PCCP 的应用与发展。
    1· 山西省万家寨引黄工程联接段PCCP输水工程[1]
    1.1 工程概况
    山西省万家寨引黄工程的汾河水库坝下洞至扫石3 号减压阀室长43.5km 的区间为联接段PCCP 输水工程。
    1.2 管道设计
    联接段PCCP 输水工程管道的地形条件复杂,管道止推设计的特殊性,设计标准完全采用美国标准,加之线路的频繁变更,使得设计工作难度极其巨大、工作量浩繁。在秦允斌2003 发表的《大直径PCCP 管道在大型引水工程中的应用》中进行了详细的描述,此处不再赘述。
    1.3 历史地位及技术创新
    1.3.1 第一次大规模地把PCCP 作为主要材料用于国家重点工程。
    山西省万家寨引黄联接段PCCP 输水工程以43.5km、DN3000PCCP 拉开了PCCP 在大型调水工程使用的大幕。
    1.3.2 起到广泛的宣传作用,推动了PCCP 行业的发展。上至国家部委、下至普通百姓,特别是在工程界产生了很大的影响,使更多的人了解了PCCP。笔者到安装工地去了解情况,和一放羊的老汉攀谈起来,本想了解一些放羊的乐趣,结果老汉指着PCCP 谈起了管道的结构和安装,且描述的很准确。笔者大笑“你不用放羊了,可以到我们公司当技术员了”。在工程的推动下人们由好奇到认知。工程结束后国内制定了中华人民共和国国家标准:《预应力混凝土钢筒管》。
    1.3.3 使PCCP 生产施工的管理进入规范化。
    将建设监理制引入到PCCP 的生产上来,对PCCP 管道的设计、生产供应全过程实施监理。合同的技术要求和规范成了以后各大型引水工程的范本。如水泥必须采用低碱水泥,控制C3A 和碱含量,碱含量不大于0.6%,C3A(3CaO•AL2O3)含量不大于8%。预应力钢丝采用符合美国标准ASTMA648 的钢丝外,还必须有氢脆灵敏度要求;生产、养护用水除满足水工规范规定外,还有PH、氯离子含量、硫酸根离子含量的要求;砂石骨料除满足国家规范规定之外,还需要进行碱活性试验,管件焊缝进行100% 超声波探伤和10%X 射线抽检。以上各技术指标该工程都起到了工程教父的作用。
    1.3.4 研制成功了DN3000PCCP。
    联接段PCCP输水工程按照美国ANSI/AWWAC301-1999、ANSI/AWWAC304-1999 等标准以及相关的ASTM 标准、M9、M11手册完成PCCP设计、生产和供应。工程实施过程中,通过大量的科学试验,研制成功了完全符合合同各项技术指标要求的3m 口径PCCP。
    1.3.5 研制成功了满足联合止推的铠装接头和铠装管道,设计了隧洞内安装PCCP 的施工设备、工艺并得到成功应用。
    这些技术属国内首创,在国际PCCP 应用史上具有领先地位。这些新技术的应用,不仅节省了投资,改善了PCCP 制造工艺,而且大大加快了施工进度。
    1.3.6 研制成功了PCCP 翻管机。
    在该工程之前,竖立的管道放平采用人工配合吊车翻管,即不安全,又容易损坏管道。根据合同的要求,山东电力管道工程公司研发了液压重力式翻管机,安全节能且管道保护层无损伤,结束了人工配合吊车翻管的历史。
    1.3.7 开发了国产的PCCP 计算软件。
    山东电力管道工程公司研发了PCCP 计算软件,并成功应用,计算结果经设计咨询验证;完全满足标准要求,同美国的UDP 软件计算结果基本一致。在以后的各个工程中证明计算结果十分可靠。
    1.3.8 第一次大规模地使用管配件
    该工程使用管配件达13 种570 余件约4000 余吨,比在这之前所有PCCP 工程配件的总和还要大, 制作、安装难度极大。也促进了管配件的批量生产,埋弧自动焊开始取代手工焊接,改进砂浆保护层涂抹工艺,使配件的生产由完全依靠手工涂抹向机械化大批量生产来了一次跃进。
    2· 南水北调中线京石段应急供水工程
    2.1 工程概况
    南水北调中线京石段应急供水工程北京段全长80Km,北京段PCCP 管道工程自惠南庄泵站出口至大宁调压池,全长56.359Km,约占北京段工程线路总长度的70%。该段输水设计流量50m3/s,加大流量60m3/s。输水干管采用2 排内径4m 的预应力钢筒混凝土管(PCCP),管道内工作压力分为0.4、0.6、0.8MPa 三级。PCCP 单节长5.0m,管芯厚0.26 ~ 0.38m,重54 ~ 77t。PCCP 管道工程沿线穿越2 座山洞(西甘池隧洞、崇青隧洞)分别长1800m 和480m,穿越4 处铁路线、17处主要等级公路、27 处河道防护工程。管道本身设有3处连通建筑物、4 处分水建筑物、19 处排空阀井、101 处排气阀井和1 处末端控制阀井。整个管道工程需要成品管(PCCP)21532 节、钢配件4501.9m。土建工程量为土石方开挖量1689 万m3,土石方回填1244 万m3,混凝土浇筑30.91 万m3,管道安装2×56.359Km。PCCP 管道工程由中线局委托北京市南水北调工程建设管理中心负责建设。
    PCCP 管道工程分为11 个标,其中PCCP 及管道钢配件制造分为3 个标,分别由北京河山管业有限公司与成都金炜制管有限公司联合体、山东电力管道工程公司和新疆国统管道股份有限公司承担,制造管线长度分别为2×25.5Km、2×15.5 公里和2×15.359Km。监造单位为山西黄河水利工程咨询有限公司和山西北龙监理公司联合体。
    土建工程分为6 个标段,另外还有西甘池隧洞、崇青隧洞2 个施工标。3 个制造标承担PCCP 及管道配件的制造、运输,6 个土建标承担PCCP 管道工程的安装与埋设,
    2 ·个隧洞标承担隧洞开挖与混凝土衬砌。
    2.2 历史地位及技术突破
    2.2.1 研制成功了DN4000PCCP, 为国内之最。
    按照GB/T19685、ANSI/AWWAC301-1999、ANSI/AWWAC304-1999 等标准以及相关的ASTM 标准、M9、M11 手册完成PCCP 设计、生产和供应。工程实施过程中,通过大量的科学试验,研制成功了完全符合合同各项技术指标要求的DN4000 口径PCCP。PCCP 口径由万家寨工程DN3000 提高到DN4000,但是重量达到了DN3000PCCP 的3 倍,给生产带来了全新的概念。由于工况高,管壁厚,重量大,对设备要求高,原来已经定型生产设备没有经过DN4000PCCP 使用检验。
    2.2.2 标志着我国PCCP 行业接近了世界水平。
    世界上最大的PCCP 工程——利比亚“大人工河”输水工程,是成功运用PCCP 的一个范例。该工程使用直径4m、单节长7.5m 的PCCP 管88 万根。规模之大为世界之最。南水北调京石段应急供水工程同样采用了DN4000PCCP,在工压、覆土壁厚等方面超过了利比亚“大人工河”输水工程,而且在京畿要地进行施工远比利比亚大沙漠困难的多。南水北调京石段应急供水工程DN4000PCCP 的成功应用标志着我国PCCP 行业接近了世界水平。当然和北美个别工程在管道工况方面还存在一定的差距。
    2.2.3 推动了PCCP 设备的技术改造。
    经过10 多年的发展,PCCP 主要生产设备已经可以完全国产化,DN4000PCCP 由于工况高, 管壁厚, 重量大,对设备要求高,原来已经定型生产设备没有经过DN4000PCCP 使用检验。缠丝机、辊射机等主要设备安装完成后,无法达到设计的生产能力,重新进行了技术改造。达到了批量生产的要求。起重、运输机械也得到了很大提升,驮管车开始在国内使用。
    2.2.4 推动了PCCP 制管技术的提高。
    口径大,接口密封系统对尺寸精度要求高,按国标规定的椭圆度生产管道无法达到安装要求,必须提高生产标准。DN4000PCCP 管芯壁厚最大达到了380mm,厚度是DN3000PCCP 的2 倍, 是DN2000PCCP 的3 倍。由于壁厚散热困难,水化热不容易散出,脱模温差大,管芯外壁裂纹一度十分严重。通过提高混凝土强度、冬季加热水夏季加冰控制混凝土入模温度、改变蒸养工艺、降低脱模温度等一系列措施杜绝了管芯裂纹的产生。
    2.2.5 推动了PCCP 外防腐的标准化。
    在万家寨工程也有约3.4km 位于侵蚀性环境下,外部需进行防腐处理。当时合同文件技术规范中建议采用《钢结构、管道涂装技术规程》(TB/T9256-96)中的复合环氧煤沥青涂层防腐结构,分为强防腐和弱防腐两种情况。工程实施过程中由于PCCP 外保护层较粗糙,按照规范建议的防腐结构施工较为困难,每道结构层之间难以粘合密实,质量不易保证,后来改为喷涂环氧煤沥青。南水北调工程中全部进行了超厚浆型环氧煤沥青防腐,北京市水利规划设计院专门进行了防腐设计,从防腐原材料、施工、检验、修补都做了明确的要求,使PCCP 外防腐进入了标准化。
    2.2.6 最大规模地使用管配件
    管配件结构设计严格依照AWWAM9、AWWAM11手册,设计院又对三通补强、接口环做了专门的要求。该工程中包括的管配件种类有:排气三通、排水三通、短管、弯头(垂直、水平)、三梁叉管、以及弯头带排水(排气)。管件钢板采用了30mm 厚Q235C 板,在所有工程中都是最高的。数控下料、埋弧自动焊焊接得到广泛应用。三个生产厂家共生产钢配件超过了15000 吨。
    3· 广州市西江引水工程
    3.1 工程概况
    广州市西江引水工程从佛山市三水区西江思贤滘下陈村附近的西江取水,建设长达71 公里的两条直径3.6m输水管以及两座泵站,输送至广州市西部白云区的江村水厂(44 万m3/d)、石门水厂(88 万m3/d)和西村水厂(110万m3/d),并预留今后新建北部水厂(108 万m3/d)。管线使用PCCP 约53Km,管道生产由山东电力管道工程公司和新疆国统管道股份有限公司供应。
    3.2 历史地位及技术突破
    3.2.1 南方使用的最大直径PCCP 管。
    广州西江引水工程中使用了直径DN3600PCCP 管,不仅在南方为最大直径,在国内直径也是仅次于南水北调工程。该工程工期紧,南方阴雨天较多,对于露天生产的PCCP 着实是一大挑战。
    3.2.2 在软土地基上安装PCCP
    管线所在地是典型的南方地区砂土层或者溶洞层,地下含水量丰富,所以基础处理难度较大。最终采用了管道基坑均进行了打桩、止水、水泥灌浆等多种加固处理,以防止由于地基不均匀沉降发生管道下沉爆裂,保证管道安全与施工质量。
    3.2.3 大口径混合管材试压。
    西江引水工程采用PCCP 管和钢管两种管材混合安装,在管线分段试压之前,需先对每隔5m 一个的PCCP管接口先进行4 次压力检测,对每道钢管焊缝进行超声波及X 光检测。此次PCCP 管与钢筒两种管材分段试验的成功为日后国内同类施工具有重要指导意义。
    3.2.4PCCP 内外防腐
    为了适应腐蚀地质,外保护层采用环氧煤沥青防腐,提高了管材的使用寿命。内壁也采用了环氧引水舱涂料进行了防腐,减少了管道内壁糙率,提高了通水能力,同时减少水生物在管道内壁附着。PCCP 管道内防腐以前仅限于输送腐蚀性污水、海水,使用无毒的环氧饮水舱漆对长距离PCCP 输水管道进行内防腐在国内属首次。
    4· LXB 工程
    4.1 工程概况
    LXB 供水工程输水线路总长598.4km,设计年引水量16 亿m3。总投资约249 亿元,其中预应力钢筒混凝土管(PCCP)采购约80 亿元。隧洞长290.2km,PCCP 管线长度为308.1km,采用2~4 根管道并排输水的形式,管道公称直径有DN3200、DN3400、DN3600 和DN3800四种,管道总长度930km。LXB 供水工程穿山越岭跨流域调水,具有工程规模大、施工难度大、技术要求高等特点。管道生产由山东电力管道、北京韩建、山东龙泉、新疆国统等7 家管道公司生产。该工程PCCP 项目已经全部完成,因其它项目滞后,尚未通水。因该工程为国家保密工程,工程名称及具体细节不详述。
    4.2 历史地位及技术突破
    4.2.1 国内最大规模的使用PCCP 的工程。
    LXB 供水工程仅主干线就使用了近千公里的PCCP。而且口径都是超过DN3000 的大口径管道,投资额也是遥遥领先。这赖于国内PCCP 技术的成熟和国内PCCP 厂家的空前壮大。
    4.2.2 生产能力空前
    为了同一个工程,7 家管厂建了16 条加强型生产线,日产大口径管道3 公里,不仅占了国内的半壁江山,这在世界上也是绝无仅有的。
    4.2.3 促进了PCCP 生产技术的融合与提高。
    4 家国内知名管厂,3 家水电工程局同台竞技,再加上监理、设计等技术人员的参与,专家云集,互相学习,共同提高。翻管倒运车、吊杆式吊具等技术的应用推广大大提高了生产效率,提高了产品质量。
    4.2.4 管材的技术安全性进一步提高
    在管道设计上要求采用ANSI/AWWAC304 和CECS140 两种方法同时设计,同时满足,确保了设计的安全性。为了保证不均匀沉降管道转角的安全,承插口比国标增长了8mm,这项改进引起了国内专家的大讨论,开始认识到管道口径越大,承插口长度、胶圈不能一成不变。在以后的吉林中部城市引松工程中(该工程刚开始,在本文中不讨论),DN4000PCCP 把插口型钢的尺寸由原来的205mm 增加到240mm,胶圈及插口槽尺寸也相应增加。
    4 ·结 语
    PCCP 管材以其运行安全可靠、施工方便、造价经济获得广泛的应用,特别是在大型调水工程中成为首选管材,而且必将在国内今后的水利工程中大放异彩。
参考文献
[1] 秦允斌.大直径PCCP 管道在大型引水工程中的应用.特种结构,2003-03.

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文章来自:中国滑模网
文章作者:信息一部
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