南水北調工程PCCP管道設計技術探討

□ 徐宗偉（河南水利建筑工程有限公司）

1 工程概況

河北省滄州市南水北調市內的輸送水管道，直接連接該市的各個泵站，負責向該市的水廠輸送水源，該市的中心城區總共有A、B、C三個大型地表水廠，預期總產水能力為180萬m3/d。案例工程除了該城市河道、鐵路、道路以及拆遷難度比較大地帶不建議采用PCCP管道，其他地帶都進行PCCP管道的鋪設，管道設計總長度為7500 m。

2 管道防腐設計

PCCP管道防腐設計的重點部位主要有兩個部分，一個部分是直線段和難點部位的管道內部與外部防腐設計，另外一個部分是河段內管道防腐設計：

2.1 直線段和管道內部與外部防腐設計

根據實際工作經驗進行分析：管道內防腐，采用一定配合比的水泥砂漿內外襯里，其中水泥、砂、水3種材料的比值分別為1：1.50:0.40，其中手工涂抹和機械噴涂的厚度分別為13 m m和11 m m，厚度公差控制在2～3 m m，而頂管內壁的防腐可采用環氧涂料；管道外防腐，采用環氧玻璃鋼、無溶劑聚氨酯涂料等防腐的管外部位，普通部位厚度至少為0.60 m m，特殊部位厚度至少為1 m m。

2.2 河段內管道防腐設計

鑒于案例工程不具備管道維護管理條件，因此該段的P CC P管道內可采用無溶劑聚氨酯涂料防腐，其中防腐層厚度至少為0.60 m m；PCCP管道外亦可采用無溶劑聚氨酯涂料防腐，但防腐層厚度必須≥1 m m。

以上PCCP管道的內外防腐設計，一般在出廠前已經加工完成。

3 陰級保護設計

PCCP管道的陰級保護設計，其設計規范標準有很多，譬如《犧牲陽極陰極保護設計規范》和《長輸管道陰極保護工程施工及驗收規范》等，這些規范要求采用陰極保護的方式，選擇合適的陽極材料，確定設計的具體參數和詳細方案，做好各方面的細節設計，具體內容為：

3.1 選擇陰極保護方式和陽極材料

通過對PCCP管道敷設沿線的土壤電阻率進行嚴格檢測，最終確定選擇鎂合金作為陽極和太陽級密布置作為陰極保護方式，同時在管道的兩邊交替布置了陽極塊，減少屏蔽問題的出現。另外在所有的設施井內部的管道底部，均分別焊接了重量為11 g的鎂陽極。

3.2 陰極保護設計參數的確定

案例工程中的PCCP管道沿線土壤的電阻率為21 Ω、保護長度為7.50 km、保護電位在-0.85 V以內、保護電流密度為0.30 m A/m2、腐蝕電位為-0.45～0.55 V、絕緣層電阻≥1000 m、設計壽命為20 a。另外要求PCCP管道采用加強級的環氧煤瀝青進行防腐，最后用冷纏帶進行補口。

3.3 陰極保護設計方案的制定

首先是陽極的規格，全線7.50 km的PCCP管道保護長度均采用犧牲陽極的方法進行保護，所采用的陽極重量規格分別為22 k g和11 k g的鎂合金，其中第一種規格的陽極用于管道的連接，第二種規格的陽極焊接到設施井管道的底部。其次是陽極的布置，采用單支分散的方式埋設陽極塊，與PCCP管道保持平衡，距離控制在0.30 m以上，管道兩邊的兩個陽極，保持12 m的距離。為了避免布置在設施井內的PCCP管道被屏蔽，工程在所有設施井內的管道底部焊接了一定重量的犧牲陽極。再次是陽極的安裝，犧牲陽極安裝之后，焊接于管道與管道之間，環節的部位涂抹環氧樹脂，并用熱縮套等密封保護。最后是管道電絕緣的處理，PCCP管道需要與鋼管交替安裝的位置，利用轉換接頭達到絕緣保護的結果。

3.4 其他設計方案

包括漏電檢查、陰極保護施工驗收、陰極保護系統監測、陰極保護轉換接頭、絕緣螺栓設計等。

4 附屬設備布置

管道的附屬設備包括閥門、流量計、轉角支墩，這3種附屬設備確保PCCP管道設計工程實現的重要硬件條件，具體的布置方法如下：

4.1 閥門的布置

PCCP管道閥門布置的目的是滿足切斷管道事故管段的需求，布置的時候需要綜合考慮地勢和障礙物等因素，將其設置在閥門井的內部，結合閥門操作、拆裝等需求，設計閥門的最小直徑，并配置伸縮節，以便運行管理和維護管理。案例工程中的閥門決定采用軟密封單偏心法蘭式閘閥，主要為排氣閥和泄壓安全閥兩種，其中排氣閥管道內部存在一定數量的氣體，以致在輸水的時候，管道起伏的最高點會形成全阻壓縮過水斷面，容易造成水頭損失的問題，因此，需要在自動排氣閥安裝在每個起伏最高點，將管道內部的氣體排除干凈，這也是管道事故規避的有效措施。泄壓安全閥設置的主要目的是規避管線受到水錘壓力的破壞，通常設置于管道的用戶前。

4.2 流量計的布置

案例工程中的泵站管道出廠位置都設置了流量計，用于測量和計算流量。流量計在借助泵站電源的基礎上，設置流量計室，并全天候自動監控。

4.3 轉角支墩設置

轉角支墩設置的具體位置包括管道承接頭彎頭、丁字支管頂部等，主要是因為這些位置承受的拉力小于外推力，需要設置轉角支墩減少接口松動或者脫節的問題。轉角支墩采用C 15混凝土作為材料，結合管道的類型，譬如水平彎管、垂直向上彎管等，設置不同的轉角支墩。

5 管道布置時的水土保持設計方法

為了保持水土，案例工程的PCCP管道布置區域內，設置了主體工程區域、施工道路區域、施工管理區域、棄渣場等。首先是主體工程區和管理區，這兩個區域所修筑的圍擋具有良好的水土保持功能。其次是棄渣場，主要用來臨時放置工程施工的混凝土塊、碎石、土等拆除物，這些棄渣用于回填施工管理區，要求做好場內的土地平整工作，以減少邊坡滑落等問題出現。再次是施工生產生活區和施工道路，前者位于施工現場，在工程竣工后，需要恢復原狀，后者臨時道路的水土，在工程竣工后用于平整土地。最后是工程的直接影響區域，該區域是在開挖施工道路兩側埋設PCCP管道的時候，為了減少堆、壓、挖等施工造成的水土流失，在工程段管道的兩邊，設置臨時的防護措施，以免影響管道安裝后的埋設工作。

6 結語

綜上所述，案例工程中所提到的PCCP管道設計方法，是目前南水北調管道施工經常遇到的難題，鑒于管道存在腐蝕等現實性的問題，因此在管道施工之前，必須結合管道的用途做好管道的防腐設計、陰極保護設計、附屬設備布置、水土保持等設計工作。南水北調工程PCCP管道設計時，需要結合相關設計標準規范要求綜合考慮施工現場的具體條件，制定詳細的管道設計方案，對于工程設計的難點難題，需要在具體的工程中予以實地解決，這也是文章研究中需要重點展望的內容，筆者將在后期的工程設計工作中彌補完善，以供其他工程的管道設計參考和借鑒。

[1]張法.PCCP管道靜水壓試驗在南水北調配套工程PCCP輸水線路工程中的實踐和控制[J].廣東科技,2012,(15):111-112.