輸水管線工程中PCCP管借轉接頭安裝控制

張巖

（水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，新疆維吾爾自治區 烏魯木齊 830000）

1 引言

大口徑輸水管道在室外長距離輸水管道工程中運用越來越多，PCCP管是目前常用的大口徑輸水管道之一。PCCP管自引進后經過多年的發展，國內PCCP管最大管徑已達4 m。

PCCP 管是以鋼筒混凝土為管芯，在混凝土管外纏繞環向預應力高強鋼絲，在鋼絲表面噴20 mm以上的砂漿保護層形成的復核管材。管道承插口采用鋼板冷加工成型，采用膠圈密封。具有抗拉、抗滲、耐磨損、耐腐蝕、使用壽命長，能抗較高內壓和外壓的優點。此類管道的管配件可現場定做，簡便可靠。PCCP管安裝采用承插接頭連接，接頭具有可撓性，有利于防震。

由規范《預應力鋼筒混凝土管》可知，PCCP 管的公稱內徑為DN400～DN4000，管線運行工作壓力或靜水頭不超過2.0 MPa。目前國內PCCP管的最大工作壓力可做到2.0 MPa；據調查，國外應用PCCP 管最大管徑達DN7600，最高工作壓力可達4.1 MPa以上。PCCP管的生產線可遷移至施工現場，較大節省運費，在同等大口徑管材中其綜合造價經濟效果明顯，在大口徑、長距離輸水工程中應用廣泛。

PCCP管作為柔性接頭的剛性管，采取承插連接，在承插口安裝時，管與管之間的接頭間隙需達到密封不漏水的要求。管接頭間隙寬度控制對保證管道安全運行至關重要。以PCCP管管徑DN3000～DN3400，埋置式雙膠圈密封承插連接，單節管有效長度5m為例，說明PCCP管在豎向、水平向轉彎敷設時，采用借轉轉彎時管道接頭間隙的控制指標。

2 PCCP管接頭安裝間隙

2.1 規范中管接頭間隙

根據規范《給水排水管道工程施工及驗收規范》，沿直線安裝時，插口端面與承口底部的軸向間隙應大于5 mm，且小于等于25 mm。

規范《預應力鋼筒混凝土管道技術規范》，直線段軸向最小安裝間隙10 mm，轉角管道接頭軸向最小安裝間隙5 mm，軸向最大間隙埋置式雙膠圈為25 mm。

規范《預應力鋼筒混凝土管》對管徑DN3000～DN3400 的雙膠圈接頭允許最大相對轉角為0.70°（依管線工程實際情況，在進行管子接頭設計時允許增大接頭允許相對轉角）。

在以上規范中，PCCPDE管子接頭見圖1。

圖1 PCCPDE管接頭圖

根據規范中管接頭間隙參數可知，在直線段安裝時管間隙在5～25 mm，但在小角度轉彎處，往往需靠PCCP管借轉通過，在轉彎處借轉安裝時，對應外側承插口鋼環處間隙及管壁外側最大間隙示意圖見圖2。

圖2 PCCPDE管借轉處最小間隙與對應最大間隙位置示意圖

對于三種不同管徑，借轉處，按PCCP 管有效長度5 m，壁厚0.30 m，轉彎處在管壁外側最小間隙5 mm 時，根據理論計算，不同相對轉角對應承插口處、管壁外側最大間隙見表1。

由表1可知，當采用允許最大相對轉角0.70°，在借轉處，管壁外側最小間隙為5mm 時，所在接頭相對位置處間隙均遠超25mm最大間隙的要求。因此管道相應借轉角度應減小才能使得最大間隙控制在25mm。

表1 PCCPDE管借轉處最小間隙與對應最大間隙理論計算表

2.2 管道接頭最大理論間隙

在管道轉彎處采用管道借轉通過，在相鄰兩根管道借轉時，存在接頭最小間隙和對應外側最大間隙問題。

考慮埋置式預應力鋼筒混凝土管（PCCPDE）基本尺寸、承口深度、插口長度（見圖3）及接頭間隙等參數，見表2。

根據圖1、圖3、表2可以算出，插口端長度為a+h+a+b=21+16+21+10=68 mm，在承口鋼環f 長度范圍內，結合規范GB50268-2008、SL702-2015 中對最小間隙大于等于5 mm 的要求，插口端在保證雙膠圈均發揮作用的有效可拔出最大長度為f-68-5=127-68-5=54 mm，因此在借轉時，當控制內側最小安裝間隙5mm 時，則理論外側極限最大間隙為59 mm。根據規范《預應力鋼筒混凝土管》中“表5 成品管允許偏差”表中數據可知，承口工作面深度C 允許偏差為+5 mm、-10 mm，考慮最不利情況，當成品管允許偏差為-10 mm，當借轉內側最小安裝間隙為5 mm 時，則外側極限可拔出長度為59-10=49 mm。因此為充分保證雙膠圈發揮作用，以管道接頭最大間隙控制在不大于49 mm 為宜。再考慮規范GB50268-2008“表5.7.1 管端面垂直度”可知，對管端面垂直度的允許偏差為9～13 mm，則對DN3000～DN3400的PCCPDE管，管道接頭考慮端面垂直度不利的允許偏差值因素時最大間隙為40～36 mm。考慮最不利組合理論計算管道接頭最大間隙為40～36 mm時，雙膠圈可發揮作用。

表2 DN2800～3400的PCCPDE雙膠圈承插口鋼環基本尺寸表

圖3 雙膠圈接頭鋼環截面詳圖

2.3 實踐中借轉接頭間隙指標的探索

實際供水管線線路長，水平及豎向轉彎多，在小于5°的轉彎處采用管道借轉通過，有利于減少管配件，減少投資，快速施工。

在利用管道借轉時，控制相對轉角及間隙的大小是在不斷試安裝中進行調整的。安裝是否合格的主要檢驗指標為接頭打壓試驗，施工前，一般設計單位會根據相關規范提出安裝技術要求。

對接頭管道回填之前應進行管道嚴密性試驗及兩膠圈間的嚴密性試驗。接頭試驗進水孔位于管道底部兩膠圈之間，與底部進水口對應的頂部設排氣孔，水壓打壓試驗時，由管底進水孔注水頂部排水孔排氣，等膠圈間氣體完全排出后，擰緊頂部排氣孔，根據設計要求的試驗壓力進行打壓加壓。接頭打壓試驗分三次進行，管道安裝后進行第一次接頭打壓試驗，后續管道安裝兩根后對此接頭進行第二次打壓試驗，管道回填后對此接頭進行第三次打壓試驗。經過三次打壓試驗，反復檢驗接頭的嚴密性，保證接頭密封嚴密，從而保證安裝質量。

按規范工程在借轉安裝過程中會經常通過反復檢驗，嚴格控制管壁外最大間隙小于等于25 mm，但實際操作中有困難。

對于工程實際，小角度轉彎處采用管道借轉是較為理想的連接方式。在借轉處，規范GB50268-2008、GB／T19685-2017中未明確規定借轉處管道接頭間隙最大值，在規范SL702-2015 中明確轉角管道接頭軸向間隙為25 mm，但在借轉處如控制最大管縫大于等于25 mm，則相鄰兩根管道相對轉角將非常有限，在總轉角一定情況下，需要借轉的管道根數越多，不利于快速安裝且控制困難。考慮成品管的最不利組合時，理論計算管道接頭最大間隙可取40～36 mm。

當控制最大間隙取36 mm 時，DN3400～3000 對應的相對轉角為0.44、0.47、0.49°。根據規范SL702-2015 中表10.4.3 管道敷設的允許偏差可知，當安裝偏差達±30 mm時，相鄰管道間將發生相對0.34°，疊加36 mm管道接頭間隙對應轉角則將超過0.70°，因此最大間隙需減小，相對轉角需≤0.70-0.34=0.36°，由此結合表1數據，建議取最大管接頭間隙28 mm較為合理，此時總相對轉角基本都控制在0.70°以內，可滿足規范要求。

實踐中可結合管道安裝情況，確定借轉管道接頭內側最小安裝間隙5 mm時，外側最大間隙控制在28 mm。

3 結語

為保證管道安裝質量及保證相鄰管道接頭相對轉角控制在規范允許最大0.70°范圍內，在借轉處，內側最小間隙5 mm時，對應外側最大間隙取28 mm。考慮各種誤差及施工完成后，還會因為其他原因（如微小沉降等）出現角度偏差，因此安裝時相對轉角盡可能≤0.35°。安裝事實證明，該控制間隙可有效保證接頭打壓合格。當安裝過程中能有效控制偏差控制在±20 mm 以內，借轉內側間隙5 mm，則可適當放大管道外側接頭最大間隙至36 mm。

通過參考相關規范及類似工程，確定借轉管道接頭最大間隙，可供類似工程參考。