PCCP管道安裝施工工藝探究

□高建斌（中國水利水電第十一工程局有限公司）

PCCP的中文全稱為預應力鋼筒混凝土管（Prestressd Concrete Cylinder Pipe，簡稱PCCP），為雙密封柔性聯結構，由鋼筒、高強預應力鋼絲、高強混凝土、高強砂漿和橡膠密封圈等原輔材料由工廠制作而成，管道兩端采用鋼制承、插口圈，接頭采用橡膠密封圈進行連接，適用于高工壓和厚覆土等工程環境，具有抗滲性、耐久性，使用壽命長，抗震能力強，施工維護方便等優點。

PCCP管在我國研制和開發應用已有20多年的歷史，被廣泛應用于長距離輸水干線、壓力倒虹吸、城市供水工程及壓力排污干管等。本公司先后承建了山西省萬家寨引黃工程聯接段PCCP輸水工程建筑安裝Ⅱ標、遼寧大伙房（二期）輸水工程、南水北調中線京石段應急供水工程及山西張峰水庫輸水總干Ⅻ標PCCP管道安裝工程等項目的PCCP管道安裝等任務，其中，南水北調中線京石段應急供水工程（北京段）PCCP管道安裝工程是國內首次采用超大內徑管型作為輸水管線，從施工準備、施工工藝、施工質量控制等方面，對施工單位都是一次大的考驗。本文以南水北調中線（北京段）PCCP管道安裝工程第一標段為例，就PCCP管道安裝施工工藝進行總結。

南水北調中線北京段惠南莊～大寧段PCCP管道工程，采用兩排內徑4000 mmPCCP，PCCP輸水干線全長56.359 km，其中單根外徑達4852 mm，標準管長度為5000 mm，單節管最重約77.8 t，PCCP安裝包括：施工準備、到貨驗收、卸車入槽、管道安裝、柔性接口、接口打壓、接口內（外）側抹（灌）水泥砂漿、管內清掃、閉合點施工、陰陽極保護施工、管溝回填等。

1.PCCP管道施工工藝流程

PCCP管道安裝程序包括：施工準備→管道及管件到貨檢查接收→管件卸車入槽→管道初裝就位→接地鋼片焊接及檢測→管道承插口打潤滑油→橡膠圈檢查及安裝→管道對接校正→一次接頭打壓→管件固定→后續管道安裝→二接頭次打壓（安裝3節后）→外部接縫灌漿→管溝回填→三次打壓→內部接縫灌漿→陰陽極保護施工→管道回填→內縫接頭封堵→靜水壓試驗→工程驗收。

2.PCCP管道安裝施工工藝

2.1 施工準備

2.1.1 技術準備

對管道安裝設計圖進行會審，會審內容包括：以沿線IP點為該區段的控制點，計算確定并校核該區段管道位置、高程和型號及覆土厚度等。當發現施工圖紙不清楚時,應及時澄清。

2.1.2 施工現場準備

管道基礎沿線有砂礫石基礎、黃土質壤土和巖石基礎。對于砂礫石和巖石基礎，需開挖至設計地面線后，經測量驗收合格，即可進行墊層I區回填；對于黃土質壤土基礎，須進行釬探檢測，當基礎承載力不滿足設計要求時，必須進行換基處理，基礎置換料采用砂礫石料，最大粒徑≤150mm，壓實相對密度≥0.75。對于土石過渡段的基礎處理時，基礎強高度級向低等級延伸長度兩側各5～10 m，處理段長度為該段管節長度的整數倍，基礎換填采用墊層料，防止管道產生不均勻沉降，造成管道承插口損壞。土質含水量較大，開挖至槽底時出現淤泥現象，地基承載力無法滿足設計及規范要求，采取拋石擠淤的方法進行處理，并在塊石上部鋪設50 cm厚砂礫料至設計槽底高程，施工過程中在管溝布置沉降觀測點，并在管溝兩側布設排水溝，排至集水坑后抽排至溝槽外側，在部分地下水位特別豐富的地段，在溝槽兩側布設管井，再進行地基處理。

墊層I區回填：墊層I區是指支承管道上覆荷載結構的基礎,其回填要嚴格按照以下要求執行:墊層材料的最大粒徑為50 mm，不均勻系數Cu(Cu=d60/d10)＞5；回填墊層前,應對墊層材料做濕度檢查,以確保夯實后達到所需要的壓實度。在管道墊層施工過程中，特別是東北地區和早晚溫差較大的地區，施工墊層應預留一定的沉降高度，避免中午天氣變熱后，產生沉降，影響管道安裝質量。墊層I區(管下腋角)回填采用自卸汽車直接將回填料運至溝槽底部，然后采用推土機或液壓反鏟將料均勻攤鋪，必要時采用人工對邊角及局部區域進行攤平，每層回填虛鋪厚度<300 mm；采用自行式振動碾碾壓，邊角采用手扶式振動碾碾壓。碾壓的遍數依碾壓試驗確定的參數執行。墊層材料壓實相對密度≥0.75，相應的干密度≥2.05 g/cm3。

管線測量放線：溝槽經驗收合格后，須對管溝I區進行回填，使現場具備下管條件，放樣出管道安裝具體樁號、高程等,依據管道弧形采取開弧施工，并采用專用工具和人工,根據測量線進行開弧工作。

2.2 PCCP管道進場檢查、接收

到達現場的PCCP管及配件必須附有出廠證明書，凡標志技術條件不明、技術指標不符合標準規定或設計要求的管子不予接收。對于新進廠的管道外觀進行檢查，并作好檢查記錄。

檢查內容包括：管徑、長度、制管日期、工壓等級和允許覆土厚度及合格標記，與出廠證明書逐項核對是否一致。管道表面有無裂縫、空鼓、氣泡、剝落、浮渣、露筋、碰損，端面傾斜度、承插口橢圓度、承插口金屬面防腐、管身外防腐是否符合要求。

管道表面質量出現以下情況時不得接收和使用：管道內表面出現直徑或深度>5 mm空洞或凹坑以及蜂窩麻面等缺陷；管道插口端部管線混凝土出現缺料、掉角、空洞的缺陷；管道外保護層出現空鼓、裂縫、分層及剝落現象；管道內表面出現長度超過150 mm、與管道縱軸平行線夾角15°以內的可見裂縫，距管道插口端300 mm范圍之內除外；管道內表面出現的環向裂縫或螺旋裂縫寬度>0.5 mm及距管道插口端300 mm以內出現的環向裂縫寬度>1.5 mm時；管口的橢圓度超出6 mm時；管道端面傾斜度超出13 mm時。

2.3 管道卸入溝槽

管件吊裝采用雙點兜身吊或用其它專用起吊設備起吊，施工中不允許采用穿心起吊，吊具使用橡膠或麻布包裹，避免起吊索具的堅硬部位碰損管件及保護層。管道裝卸或向溝內吊運時，在裝卸和現場運輸過程中始終保持輕裝、輕放的原則。管件吊裝時，管中不得有人，管件下不得有人逗留。在起吊的過程中，起吊機械能力應始終留有一定的富余度，嚴禁超負荷或在不穩定的工作狀況下進行起吊裝卸。依據管道中心線將管道按照管型粗略排列到位。

2.4 管件初步就位

溝槽內采用12 m跨、兩臺50 t的龍門吊進行管道拼裝作業。龍門吊溝槽內作業示意圖見圖1。

圖1 安裝龍門吊溝槽內作業示意圖

在管道初步就位前，根據管道承插口的橢圓度調整管道的位置，以使管道承口和插口對接效果最佳。用龍門吊將吊起的管件運送到安裝位置處，緩慢平穩移動，距已裝管的承口或插口10～20 cm時，用木襯塊把兩管相隔，以防承插口碰損。

2.5 鋼片焊接及測試

為保證PCCP管件間的電連續性，在管件兩端增加跨接連接鋼片，跨接連接鋼片的規格需符合設計要求。

跨接鋼片焊接位置為管道接頭頂部。鋼片與承口、插口或電纜連接線等連接處在使用前應進行除銹。鋼片除銹后，應在4 h內焊接完畢。

PCCP兩端的跨接鋼片焊接完成后，應立即進行電連續性測試，測試方法按照設計要求執行。

2.6 管道承插口清潔、潤滑

在管道安裝前應保持承插口和管道內部清潔，對于管道承插口上的異物或毛刺等均應清除，必要時采用鏟刀和砂布進行剔除和打磨；在橡膠密封圈均勻安裝到承插口凹槽后，用潤滑劑均勻涂刷接觸面。

2.7 橡膠密封圈檢查、安裝

PCCP安裝采用的橡膠密封圈材質符合相關技術條款要求。在安裝前先進行膠圈外觀質量檢查,橡膠圈為圓形實心膠圈,表面不應有氣孔、裂縫、重皮、平面扭曲、肉眼可見的雜質及有礙使用和影響密封效果的缺陷。

采用無接頭實心膠圈或所采用的膠圈每根最多允許有1個接頭,但接頭的性能不得低于母材的性能標準,現場將抽取1%的數量進行接頭強度試驗。

安裝前,清洗管道的承插口環工作面,并涂刷食品級植物類潤滑油。橡膠圈在套入插口環凹槽之前,將橡膠圈涂滿潤滑劑,或在裝有潤滑劑的專用容器內浸過；套入插口環凹槽后,使用一根鋼棒插入橡膠圈下繞整個接頭轉一圈,將膠圈在插口的各部位上粗細調勻,使其均勻地箍在插口環凹槽內,且無扭曲、翻轉現象,在每根安裝好的膠圈外表面涂刷一層食品級植物類潤滑油。

當必須在低于0℃氣溫下進行管道安裝時,應當改變或調整橡膠材料配方,使其適合于在低溫條件下作業；或采取能夠防止橡膠圈變硬的措施(如在熱水中浸泡使其升溫)。

2.8 管件對接、校正

管道安裝應將承口端面朝向水流方向。對接時，應使插口端與承口端保持平行，并使四周間隙大致相等。管道對接前，采用以下方法將管道調整到合適位置:

第一，確定管道中心線：用一根長度3 m左右、校正平直的角鐵置于要調整的管道內，標示出角鐵中心線位置，將≥50 cm長水平尺放在角鐵上，角鐵中心位置處掛一垂球，將角鐵用水平尺調整水平后，垂球垂線穩定后所指示線即為管道中心線。

第二,調整管道中心：用經緯儀上十字絲和垂線之間相對位置，可確定管道中心線是否偏差。利用龍門吊上的行走小車，左右慢慢移動，來調整管道，使管道中心線（垂線位置）和經緯儀十字線位置重合，此時管道中心校正完畢。

第三,調整管道標高：用水準儀觀測，通過龍門吊起降，即可將管道調整到設計高程。

在管道調節中，注意檢查管道承口和插口之間的間隙，盡量保持周圍間隙均勻；將管道調整到合適的位置后，即可進行管道對接。管道對接采用內拉法進行：即在已安裝完成后的管道縫隙的中部，架設受力梁，在待裝管道外部端口中心位置架設受力橫梁；最好在上下左右用鋼絲繩和手拉葫蘆將兩梁連接，或采用連接桿件和液壓千斤頂及連接件將管道連接；通過手拉葫蘆或液壓千斤頂，將待裝管道拉至安裝位置。逐漸將兩節管道頂壓對接在一起，相鄰兩節管道的安裝間隙應控制在設計要求的范圍內。在頂壓過程中，若發現橡膠圈滾動不勻，可用手錘及專用工具敲打，變形較大時，應及時停止并退出管道，并檢查膠圈損壞情況，需要時調換膠圈，重新進行安裝。內拉法安裝對接見圖2。

圖2 內拉法安裝對接示意圖

對接完成后，校核調整管道標高、中心線，滿足要求。對于直線段,安裝間隙應控制在15～30 mm范圍內,當管道基礎不均一時,最大允許內部間隙為25 mm。

第四，管道接頭設計有轉角時,接頭的最小間隙≥10 mm，在管道安裝施工過程中，遇到不可拆移的建筑物或通訊設施等，在偏移較小的情況下，不需增加鋼制彎頭，利用PCCP管道進行借轉，但每根管道的借轉角度≤0.3°，借轉角度過大，會造成橡膠圈被擠裂或管道承插口變形。

每節管道安裝完畢后,采用鋼制測隙規檢查密封橡膠圈是否處在插口環的凹槽圈合適位置處，如果膠圈位置不合適，應拆除重新安裝。經檢驗合格后,才能將吊具移開。每班安裝工作開始前,應對此前已安裝好的前一節管道進行復測,如發現位移,應重新復位,合格后再繼續安裝。

2.9 接頭打壓

2.9.1 第一次接頭打壓檢驗

管道安裝完成后,隨即進行接頭打壓,以檢驗接頭的密封性。接頭打壓將使用經過率定的專用加壓泵,從接頭下部的進水孔壓水,上部排氣孔排氣；排氣結束后（水被打出）擰緊螺栓；逐步加壓至規定的0.6 MPa,保持5 min壓力不下降,即為合格。打壓時，一定要逐步加壓，并注意中間稍作停歇。

2.9.2 第二次接頭打壓檢驗

每安裝3節PCCP后，對先前安裝的第一節管道接縫進行第二次接頭打壓，檢驗方法同第一次。

2.9.3 第三次接頭打壓檢驗

第三次接頭打壓檢驗應在外部接頭灌漿和管頂回填完成后進行。試驗壓力為1.2倍工作壓力,保持5 min壓力不下降,即為合格。

2.10 接頭灌漿處理

2.10.1 外部接頭灌漿

外部接頭灌漿按下列方法進行:

在外部接口縫隙表面淋水沖洗,以確保縫隙表面潔凈并保持濕潤。在接頭的外側裹一層寬度為250 mm強度適中的尼龍編織布袋,作為灌漿接頭的外模。

尼龍編織布袋兩側各用兩條鋼帶（0.6 mm×16 mm）將其固定在PCCP表面，在最頂部留灌漿口，并確保灌漿通道凈寬≥150 mm。

拌制水灰比為0.65、1:3的水泥砂漿,水泥砂漿應有較好的流動性。將砂漿徐徐灌入縫隙內，并保持其均勻、密實、無空隙。待砂漿灌滿接頭后,灌漿口上部用干硬砂漿填滿抹光。接頭處灌漿高度≥30 mm。

對縫隙頂部跨接鋼片位置，應在接線完成后灌漿，并用干硬砂漿填滿抹光。

2.10.2 管道內部接縫封堵

在第三次打壓完成后，經驗收合格，即可進行管道內部接縫封堵。清掃管道內接縫,確保接縫內沒有異物和灰塵。灑水濕潤，采用1:2水泥砂漿塞填縫隙,搗實抹平。

管道安裝回填完成后，在進行第三次打壓過程中，難免存在個別管道打壓不通水或達不到設計壓力值的。在內縫施工過程中，先清理管縫，在管縫內側用膠槍打玻璃膠，然后在管縫里面涂抹2 cm左右的聚硫密封膠，再在上部拌制水灰比為0.65、1:3的水泥砂漿抹縫，確保管縫處不漏水，天氣過冷的情況下，水泥砂漿采用溫水拌制，并在其中加入適當的防凍劑，保證砂漿質量。

2.10.3 外部接縫砂漿保護層的防腐

待灌漿護帶內的砂漿達到設計強度后，拆除灌漿護帶，現場噴涂防腐層涂料（環氧煤瀝青），至少噴涂兩道，總干膜厚度不少于1000μm，以保證外包縫砂漿保護層不受腐蝕。

3.重點難點工藝及質量控制

3.1 管配件安裝

鋼配件彎頭的安裝方法基本與PCCP安裝方法相同。

施工過程中，PCCP與配件連接將遵守下列規定:

閥門、排氣閥或鋼管等為法蘭接口時,配件與其連接端采用相應的法蘭接口,其法蘭螺栓孔位置及直徑與連接端的法蘭一致。其中墊片或墊圈位置保持正確,擰緊時按對稱位置相間進行，以防止擰緊過程中產生的軸向拉力導致兩端管道拉裂或接口拉脫。

接不同材質的管材采用承插式接口時,配件與其連接端必須采用相應的承插式接口,其承口的內徑或插口的外徑及密封圈的規格等符合連接端承口或插口的要求。

對于彎頭配件，安裝過程中一定要特別注意，在標準管安裝到彎頭附近時，一定注意及時調整標準管的高程、樁號位置和中心線位置，盡量將和彎頭配件相接的標準管的接口位置處的高程、樁號和中心線位置調整到誤差為零，以保證彎頭配件的順利安裝。對于分節提供的彎頭配件處的與之相連的標準管位置樁號，應按照+20 mm控制，其它指標盡量調整到零誤差，所預留的+20 mm，是為配件焊接時預留的收縮量。

3.2 現場合攏（閉合點施工）

由于管道安裝采用分段施工,所以會形成現場合攏。在現場安裝施工中,合理安排安裝區段和起始點,盡可能減少現場合攏的數量。安裝過程中嚴格控制合攏處上、下游管道安裝高程、長度、中心位移偏差,并根據實際偏差情況及時進行調整,以便形成直管對接合攏。現場合攏將優先選擇在設有檢查孔或設備安裝孔的配件附近,以方便合攏作業時設備和人員進出，禁止在管線轉折處合攏；現場合攏焊接時閉合溫度不得高于22℃。

本工程現場合攏形式可采用套筒式合攏、從動環合攏、對接雙面焊合攏。一般閉合點施工程序是：修筑運管坡道→閉合點兩端PCCP管道安裝完成→配件分節→安裝配件承口→安裝配件插口→安裝（組對）中間節、閉合節（湊合節）→環縫焊接→焊縫內襯砌（焊縫兩側各30cm寬）→驗收合格→混凝土施工。

需要注意的是，配件一般都是在業主確定的時間內生產的，這就需要現場將整件配件進行分節（根據實際尺寸分為5～6節），才能進行閉合施工。閉合點的配件無法按現場實際尺寸制作，造成一些配件需根據現場尺寸，割成5～6段進行組對與焊接、閉合，焊縫數多。

3.3 陰極保護施工

管線中采用犧牲陽極法對管道內鋼件進行保護。對PCCP內鋼件采用帶狀鋅陽極進行保護，對管線上的鋼制構件采用棒狀鎂陽極進行保護。每20節PCCP為一個保護單元，對每個保護單元內的每節PCCP進行電連續性連接，各保護單元之間不再進行電連續性跨接。

3.3.1 PCCP電連接

每節PCCP采用XLPE/PVC1×25 mm20.6/1kV銅芯電纜進行電連續性跨接。跨接電纜采用鋁熱焊方式焊接在相連的兩節PCCP的跨接鋼片上。

鋁熱焊施工方法：電纜剝皮露出50～60 mm長銅芯，電纜與鋼片的焊接部分打磨除銹至出現金屬光澤。模具就位后將電纜壓入底孔部位；將金屬銅片放入模具腔內，倒入焊劑并輕輕壓實；放入點火器，蓋好模具蓋子；壓住模具使電纜與鋼片表面貼緊；用電池接通點火器焊接。焊接完成后，除去焊點周圍的焊渣等雜物，再使用熱溶膠對焊點做密封防腐處理，等熱溶膠固化后，使用灌縫砂漿對跨連接點處進行覆蓋保護。

3.3.2 帶狀鋅陽極安裝

采用帶狀鋅陽極對PCCP標準管進行保護。帶狀鋅陽極的安裝與PCCP回填同步進行。先敷設管道底部的3條鋅帶和3個測試探頭以及鎂陽極，并將電纜引上固定；在管道回填到上部時安裝上部的3條鋅帶和3個測試探頭；最后將電纜全部連入接線盒。

具體安裝方法為：在設計位置開挖陽極溝，其寬≥200 mm，深≥100 mm。陽極溝挖好后，將帶狀鋅陽極鋪置于溝中心，并在陽極周圍填充特定組分和尺寸的化學填料，防止填料和泥土混合。加入足量的水對填充的化學填料進行浸泡，完成后覆蓋一定厚度的土層對安裝好的陽極進行保護。陽極電纜與帶狀鋅陽極采用壓接方式進行連接，并采用專用電纜連接套進行連接和防腐。

3.3.3 棒狀鎂陽極安裝

采用棒狀鎂陽極對管線上的鋼制配件進行保護。陽極垂直安裝，周圍填充特定組分的化學填料。并保證陽極底部的化學填料層厚度為300 mm，頂部厚度為200 mm。

陽極周圍填充的化學填料應加入足量的水進行浸泡。安裝完成后，應對陽極井浸泡24 h以上，以保證陽極電流的順利發散。

3.4 管溝回填

管溝回填采用分段進行，分段長度100～200 m。回填自下而上進行，墊層I區(管下腋角)—管基II區—管身III區（緩沖覆蓋層IV區）—管頂V區和復耕VI區。

對于墊層I區(管下腋角)、管基II區、管身III區、緩沖覆蓋層IV區，先采用篩網對開挖料按照粒徑要求篩分，然后采用自卸汽車、輸送皮帶、溜槽（板）等將料均勻地輸送至管溝中。無法采用自卸汽車和溜槽（板）下料的部位，采用輸送皮帶機在22 m施工平臺進行下料。

回填壓實：將合格的回填料采用輸送皮帶、溜槽（板）或自卸汽車等均勻散布到管道兩側，采用人工或推土機、反鏟等對回填料進行攤平，每層回填虛鋪厚度≤300 mm。碾壓采用自行式振動碾和手扶式振動碾進行施工，必要時采用振動平板夯和人工進行夯實，管道腋角區域無法采用夯實設備的，采用T形工具人工進行夯實。對緩沖覆蓋層IV區管頂1/3外徑范圍內的回填土不進行碾壓。對距離管道外壁0.6 m范圍內使用手扶式振動碾或振動平板夯夯實，必要時，采用人工夯實。

4.結語

在前期施工中，管道廠家按照橢圓度<12.7 mm生產的管道，采用內拉法施工時，安裝速度4～5根/d，每安裝一根管損壞2條以上膠圈，接頭壓力還不穩，為此，對不同橢圓度的安裝次數和安裝情況進行統計分析，提出橢圓度按<6 mm進行控制。后期安裝施工中，使用同樣安裝方法，安裝8～10根/d，安裝速度提高了一倍，管道接頭打壓一次合格率明顯提高。

通過參加北京段PCCP工程的建設，對管徑4.0 m的超大型管道的安裝，積累了施工經驗，研制了專用的50 t龍門吊和安裝工具，加快安裝速度，質量得到保證，為大型PCCP管道安裝提供了借鑒經驗。