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PCCP國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及創(chuàng)新發(fā)展探索（下篇）－PCCP創(chuàng)新發(fā)展探索
本期“技術(shù)交流”欄目刊載的是中國(guó)南水北調(diào)集團(tuán)中線有限公司原副總經(jīng)理、總工程師程德虎先生在2023年7月25日中國(guó)水利學(xué)會(huì)組織舉辦的“PCCP管線安全提升學(xué)術(shù)沙龍”（線上+線下）所作的主題報(bào)告，原標(biāo)題為《PCCP在國(guó)內(nèi)外發(fā)展及管線安全提升措施》，本次編輯修改標(biāo)題為《PCCP國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及創(chuàng)新發(fā)展探索》。由于文章較長(zhǎng)，本編將全文分三期刊載：上篇－PCCP國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r、中篇－PCCP國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r、下篇－PCCP創(chuàng)新發(fā)展探索。本期刊載的是下篇。歡迎讀者閱讀。
程德虎，現(xiàn)為水利部南水北調(diào)工程專家委員會(huì)委員、中國(guó)水利學(xué)會(huì)水工結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)水工混凝土建筑物檢測(cè)與修補(bǔ)加固專業(yè)委員會(huì)副主任委員，曾負(fù)責(zé)南水北調(diào)中線工程技術(shù)工作，主持開(kāi)展了大流量U形渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵技術(shù)、穿黃隧洞全面加強(qiáng)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)縫防水體系等設(shè)計(jì)優(yōu)化、膨脹土渠坡建設(shè)及運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)、PCCP管道設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)等研究工作。發(fā)表論文30篇，專著3部，獲得大禹水利科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，水力發(fā)電科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，湖北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，河南省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
接上篇：PCCP國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及創(chuàng)新發(fā)展探索（上篇）——PCCP國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r
PCCP國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及創(chuàng)新發(fā)展探索（中篇）－PCCP國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
PCCP創(chuàng)新發(fā)展探索
PCCP從引進(jìn)到現(xiàn)在，安裝的總里程數(shù)已超過(guò)2.6萬(wàn)公里，除極個(gè)別項(xiàng)目外，均處于安全運(yùn)行狀態(tài)。
由于PCCP多用于大口徑長(zhǎng)距離輸調(diào)水項(xiàng)目，一旦失效，帶來(lái)的后果會(huì)非常嚴(yán)重，必須引起足夠的重視。
PCCP行業(yè)在總結(jié)國(guó)外80年與國(guó)內(nèi)30年的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，展開(kāi)廣泛深入的研究，取得了一系列有效的科研成果。
一、PCCP設(shè)計(jì)提升
???增加設(shè)計(jì)安全余量
◆采用極限抗拉強(qiáng)度為1570MPa 的冷拉鋼絲，鋼絲的屈強(qiáng)約為0.8-0.85；鋼絲設(shè)計(jì)纏絲應(yīng)力由抗拉強(qiáng)度的75% 降低至70%。
???提高砂漿密實(shí)指標(biāo)
◆ 保護(hù)層砂漿凈保護(hù)層厚度由原來(lái)20mm增加到25mm；
◆ 砂漿含水量由＞7%提高到＞7.5%；將判定砂漿致密性的主要指標(biāo)吸水率由單個(gè)吸水率≤11%提升到≤10%。
???腐蝕性環(huán)境的檢測(cè)、評(píng)價(jià)與防腐措施
引起PCCP失效的常見(jiàn)原因是土壤或地下水中存在腐蝕介質(zhì)導(dǎo)致管材的腐蝕：土壤中的氯離子對(duì)管材中的鋼絲、接口鋼環(huán)造成腐蝕；土壤中的硫酸根離子對(duì)混凝土和砂漿產(chǎn)生腐蝕，破壞砂漿對(duì)鋼絲的防護(hù)，造成管材的失效。
???針對(duì)北方干濕交替地區(qū)
建議全部采用防腐措施；
可采用混凝土保護(hù)層代替砂漿保護(hù)層(CPCCP)。
二、PCCP生產(chǎn)材質(zhì)提升
◆ 目前國(guó)內(nèi)大型鋼絲廠家生產(chǎn)的鋼絲質(zhì)量已達(dá)國(guó)際水平，鋼絲氫脆性問(wèn)題已得到控制。
◆ 提高用于PCCP制管的冷拉鋼絲關(guān)鍵性指標(biāo)及檢驗(yàn)要求：
● 抗拉強(qiáng)度不超過(guò)1570MPa；
● 母材的含碳量控制在0.3%以下；
● 拔絲溫度不超過(guò)182°；
● 管廠自備氫脆試驗(yàn)機(jī)。
◆ 提高PCCP用鋼板關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)：
● 接口環(huán)、薄鋼板材質(zhì)由215MPa 提高到235MPa；
● 管配件鋼板材質(zhì)由215MPa提高到235MPa或355MPa。
三、PCCP制造裝備提升
???PCCP頭部企業(yè)已實(shí)現(xiàn)各關(guān)鍵工序自動(dòng)化控制
● 提高生產(chǎn)效率
● 消除人為因素
● 產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定
● 提高控制精度
??? 智慧工廠建設(shè)
在PCCP中植入RFID芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)PCCP智慧工廠建設(shè)，目前在廣東環(huán)北部灣水資源配置工程中得到了應(yīng)用。
智慧工廠模型示意圖
● 智能跟蹤
● 工序監(jiān)控
● 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集
● 數(shù)據(jù)綜合分析
● 實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)判
四、PCCP檢測(cè)手段提升
遠(yuǎn)場(chǎng)渦流電磁檢測(cè)技術(shù)和分布式光纖聲監(jiān)測(cè)技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)PCCP管線上得到廣泛的應(yīng)用：
● 國(guó)外檢測(cè)服務(wù)提供商：賽萊默（中國(guó)）有限公司
● 國(guó)內(nèi)檢測(cè)服務(wù)提供商：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所、天津大學(xué)等。
五、PCCP新產(chǎn)品、新技術(shù)
???PCCP新產(chǎn)品
為適應(yīng)不同環(huán)境，不同施工方法，相繼開(kāi)發(fā)PCCP衍生新產(chǎn)品：
● 頂進(jìn)施工法用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（JPCCP）
● 混凝土保護(hù)層預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（CPCCP）
● 鋼筋混凝土鋼筒管（RCCP）
● 鋼筋纏繞鋼筒壓力管（BCCP）
頂進(jìn)施工法用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（JPCCP）
● 工壓：≤2.0MPa
混凝土保護(hù)層預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（CPCCP）
● 工壓：≤2.0MPa
鋼筋混凝土鋼筒管（RCCP）
● 管徑：DN800-DN4000
● 工壓：≤1.0MPa
● 主要用于中低壓力、腐蝕性較強(qiáng)的地區(qū)
鋼筋纏繞鋼筒壓力管（BCCP）
● 工壓：≤2.7MPa
???PCCP新技術(shù)
◆ 高性能及超高性能混凝土在PCCP上應(yīng)用：
● 管壁減薄
● 自重減輕
● 鋼筋用量減少
● 耐久性更好
◆ PCCP 耐久性研究與壽命預(yù)測(cè)：
2019年-2021年，南京水科院、重慶大學(xué)聯(lián)合PCCP制管企業(yè)開(kāi)展了《腐蝕環(huán)境下混凝土壓力管道耐久性研究與壽命預(yù)測(cè)》，該研究屬于國(guó)內(nèi)首次。試驗(yàn)成果：
●無(wú)論是在單一氯鹽、單一硫酸鹽或耦合溶液腐蝕環(huán)境下，混凝土保護(hù)層較砂漿保護(hù)層抗腐蝕能力更強(qiáng) 。
●無(wú)論是在單一氯鹽、單一硫酸鹽或耦合溶液腐蝕環(huán)境下，預(yù)測(cè)PCCP壽命超過(guò)50年，混凝土保護(hù)層PCCP壽命超過(guò)70年。
六、結(jié)束語(yǔ)
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國(guó)的PCCP也已經(jīng)走過(guò)了初期發(fā)展階段，進(jìn)入發(fā)展高峰期，PCCP在我國(guó)水利、電力、市政給排水等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
為避免美國(guó)上世紀(jì)七八十年代出現(xiàn)的問(wèn)題，PCCP行業(yè)開(kāi)展了從原材料、制作工藝、設(shè)備升級(jí)、管材防護(hù)等方面的研究和改進(jìn)，取得了很大進(jìn)步，國(guó)內(nèi)PCCP技術(shù)及質(zhì)量控制水平已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
在PCCP發(fā)展過(guò)程中，個(gè)別小型PCCP企業(yè)技術(shù)力量薄弱，質(zhì)量意識(shí)差，生產(chǎn)了一些不合格的PCCP用于工程，導(dǎo)致個(gè)別項(xiàng)目出現(xiàn)爆管。
為規(guī)范行業(yè)行為，由6家PCCP頭部企業(yè)共同發(fā)起成立了中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）質(zhì)量創(chuàng)新工作委員會(huì)，倡導(dǎo)行業(yè)自律，促進(jìn)PCCP行業(yè)健康發(fā)展。
我國(guó)水利建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)分析期是50年或100年，美國(guó)1943年建成的第一個(gè)PCCP輸水項(xiàng)目已80年仍在運(yùn)行，我國(guó)的PCCP至少可在50年內(nèi)不需要更新。
總結(jié)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，PCCP管線安全需要引起業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、制造企業(yè)、施工單位等參建方的高度重視，設(shè)計(jì)單位應(yīng)做好PCCP管線工程地質(zhì)勘察工作，針對(duì)腐蝕環(huán)境做好PCCP防腐設(shè)計(jì)。
工程業(yè)主要選擇一流的PCCP管材制造廠家和施工單位，加強(qiáng)生產(chǎn)施工過(guò)程的監(jiān)造，使PCCP管線正常運(yùn)行50年，預(yù)期100年的使用壽命。
在大口徑管道上，PCCP是一種質(zhì)量可靠、性能優(yōu)越的管材，具有較高的性價(jià)比，在大口徑、高工壓、深覆土引調(diào)水工程中具有良好的應(yīng)用前景。（以上圖片由青龍管業(yè)提供）
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