超大口径 PCCP管道的断丝监测研究

超大口径 PCCP管道的断丝监测研究

王溪伟

山东龙泉管道工程股份有限公司 山东省淄博市 255200

摘要：预应力钢筒混凝土管(PCCP)于1942年在美国首次应用于实际工程中，随后，PCCP管道凭借着其性能良好、抗震性和抗压性强、运行费用低等特点迅速占领了大口径压力输水管道市场。20世纪80年代，随着国内一些生产厂商试制PCCP或引进PCCP生产线，PCCP管道在我国进入了快速发展阶段，目前，PCCP管道已经广泛应用于国内大型长距离输水调水工程中。鉴于此，本文对超大口径PCCP管道的断丝监测进行分析，以供参考。

关键词：PCCP管道；断丝修复；监测效果分析

引言

该技术的发展进一步优化了大直径PCCP管道，结合了钢管和混凝土管道的优点。从而提高了管道的抗逆性、承载力和耐腐蚀性，同时进一步改善了管道的整体结构和稳定性，大口径PCCP管道在城市水利工程中的应用，加大了管道中的孔。但是，由于施工技术，大口径PCCP管道施工存在较大问题，严重影响了发展水平的提高。在进一步开发过程中，预应力钢筋混凝土管道制造商必须考虑实际采水过程中存在的质量问题，并研究解决这些问题的相应办法，以确保管道在实践中发挥预期的作用。

1PCCP管材概述

此类钢管主要由钢、硅、钢、砂浆组成的复合管，其钢焊接到衬套上，槽上的橡胶环，最后形成具有滑动特性的弹性密封环。此外，钢圈中的硅钢瓶连接到一根预应力线，该线在其末端形成稳定的保护层。这种钢管起初强度大，密封性好，而且耐穿透性很强，需要较长的时间。此外，管本身的重量很高，在刚度方面具有很大的优势。通常使用的管道直径介于D1200和DN4000之间，运行时压力为2MPa。常用项目是大直径和大直径的水运项目。

2管材优缺点

2.1优点

钢度很高，不会轻易发生变形或者是折损的情况；其次密封性能很好，并且还具有很强的承载力，另外还具有很强的抗渗透性。其使用时间相对来说都比较长，维护和运行的成本也比较低，很值得进行推广应用。

2.2缺点

安装适当管道的附件是必需的，且不够灵活。此外，管道本身的重量很高，运输或装配时需要大型起重机和车辆，具体取决于运输成本或运输成本。

3影响因素

3.1水压变化对断丝数量的影响

在达到屈服极限状态之前，预应力钢丝及钢筒的拉伸及变形都处于弹性阶段，意味着荷载移除后，钢丝及钢筒能恢复到原始形态。一旦钢筒达到屈服极限状态，就会出现塑性变形，应力少量增加时，应变即伸长也会增加很多。钢筒的强度极限点是指更低的应力也会引起延伸，之后钢筒会很快出现失效。超出屈服极限的荷载会最终导致钢丝断裂。与钢筒相比，钢丝脆性更大，也就是钢丝经历少量塑性变形后就出现断裂。这一情况经常同时在临近钢丝上出现，特别当更多钢丝出现断裂，剩余钢丝应力增加的时候。另外，当更多钢丝发生断裂，混凝土管芯及钢筒在内压作用扩张胀，混凝土管芯膨胀后，混凝土受拉，如果应力足够大则会出现结构裂缝。

3.2温度变化对断丝数量的影响

冬季时无论管道运行状态是加压输水工况、水泵调试及停启泵工况还是小流量自流工况，断丝数量明显比其他时段存在增多趋势，详见表1。可能的原因是，冬季时管道钢丝预应力最小，混凝土干缩最大，另外渗压计的数据显示，本区域冬季的地下水位比平时高，更易造成对管道的腐蚀，同时冬季的地下填土的温度变化导致PCCP内部应力产生突变，从而导致断丝的发生。由此可知，冬季的温度变化可能是断丝数量增多的原因之一，但由于其他参数也存在变化，在实际工程运行中无法做到控制其他参数不变时只改变温度1个参数进行对比的工况，所以本文只提出温度可能是影响断丝的原因之一，并无法确定温度对断丝数量变化的影响权重比例，详见表1。

表1冬季断丝情况统计

4PCCP管道的施工技术要点

4.1安装管道

安装用于设计的PCCP管道槽后，必须确保这些孔符合设计要求。然后，请注意管道安装，在安装之前仔细检查管道是否损坏，并避免损坏管道。只有确保每个检查结构都满足要求，才能正式安装。安装过程中，轴承接头的方向应与安装方向一致，可通过检查提高管线，然后将其运输到轴承接口，并对其进行一定的植物润滑，以确保衬套和轴承接头指向相同的方向，然后缓慢向下拉至预定的安装间隙。安装后，需要测量管道的位置和坡度，检查管道的轴和标高，准确记录收到的数据，以便在执行下一个管道安装时及时找到测量日志。

4.2管道回填

内置姿势不得永久暴露于外表面，尤其是雨季和冬季。如果可以长期访问这些管道，则可能会影响管道的使用。因此，安装管道后，需要立即使用集水池，每次安装20到40个管道后，都可以重新填充集水池。在填充过程中需要清除槽，然后必须根据特定规则进行清除。管的两侧都需要层，直至管的顶部，且衬套深度不能超过30cm。然后，两侧的高度不得超过层的相应厚度，填充后必须测量管道的中心线和管道的高度，以防止出现减速或变形。

4.3地下水位监测

管线两侧地下水位监测是PCCP工程现有监测设施中仅有的可反映管线渗漏的监测手段，通过测压管或渗压计监测管道两侧地下水位状况，在一定程度上是可以反映管道是否发生明显渗漏。管道断丝区域的上下游各布置地下水位测点1处，测点布置于管底附近，监测管底附近土体地下水位变化。管侧以外10m附近设置检测点1处，与管道处地下水位变幅对比观测。正常通水工况下每天测试1次，预警值为：地下水位上升速度超过0.5m/d，上升总量超过1m。

4.4断丝实时监测

为了实时掌握工程运行状态，工程采用基于光纤传感器及光学数据采集系统的光纤声监测系统，它主要由光纤传感器、数据采集系统和远程数据处理系统组成。光纤声监测系统的工作原理是，光纤传感器的激光器发射出光束在纤维中传播，在正常情况下，管道中仅有环境噪声，反射回来的光波基本不变，数据采集系统接收到的信号没有明显动态成分。当管道中的钢丝发生断裂时，应变能量突然释放，产生压缩波在管道中传播。压缩波作用在光纤传感器上，动态光波则会反射到数据采集系统，此种光波中的数据可解译为声事件的特性。声音的频率、振幅、衰减特性以及其他的重要参数都可用来及时确定断丝数量，定位断丝位置。

4.5辅助设计系统

此类系统软件是根据相应规范设计的，可以计算混凝土压力管道的设计，并进行控制计算，以记录各种材料的使用情况，从而确定项目的总成本。此外，此类软件还可以计算蒙版和汽车载荷，从而为蒙版提供更多选择。系统的最终计算显示为word文档。管道设计中的所有参数也可以使用国际单位制或美国单位制来确定，这些制管制控制着我国的管道制造。

结束语

与传统的混凝土管道或钢管相比，随着供水管道类型的增加，新管道具有巨大的优势。在不同的项目中工作时，新管道比传统管道管路更适用于刚度、施工和性价比。尤其是PCCP管道，即使与最新发布的套管控制通道结构进行比较，也具有很大的优势。

参考文献

[1]刘冬雨.超大口径PCCP管道断丝监测应用研究[D].北京建筑大学,2019.

[2]解晓东.大口径PCCP管道无靠背水压试验方法研究[J].江西建材,2019(06):27+29.

[3]徐松.大口径PCCP管道无靠背水压试验方法研究[J].混凝土与水泥制品,2018(08):37-41.

[4]李庆坤.大口径PCCP管道在水利供水工程中的应用[J].水利建设与管理,2018,37(08):11-15.

[5]张伟超.超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究[J].绿色环保建材,2018(05):203.