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PCCP國內外發展狀況及創新發展探索（下篇）－PCCP創新發展探索
本期“技術交流”欄目刊載的是中國南水北調集團中線有限公司原副總經理、總工程師程德虎先生在2023年7月25日中國水利學會組織舉辦的“PCCP管線安全提升學術沙龍”（線上+線下）所作的主題報告，原標題為《PCCP在國內外發展及管線安全提升措施》，本次編輯修改標題為《PCCP國內外發展狀況及創新發展探索》。由于文章較長，本編將全文分三期刊載：上篇－PCCP國外發展狀況、中篇－PCCP國內發展狀況、下篇－PCCP創新發展探索。本期刊載的是下篇。歡迎讀者閱讀。
程德虎，現為水利部南水北調工程專家委員會委員、中國水利學會水工結構專業委員會副主任委員、中國大壩工程學會水工混凝土建筑物檢測與修補加固專業委員會副主任委員，曾負責南水北調中線工程技術工作，主持開展了大流量U形渡槽結構設計和施工關鍵技術、穿黃隧洞全面加強內襯結構縫防水體系等設計優化、膨脹土渠坡建設及運行關鍵技術、PCCP管道設計、建設及運行關鍵技術等研究工作。發表論文30篇，專著3部，獲得大禹水利科學技術一等獎1項，水力發電科學技術一等獎2項，湖北省科技進步二等獎1項，河南省科技進步二等獎1項。
PCCP創新發展探索
PCCP從引進到現在，安裝的總里程數已超過2.6萬公里，除極個別項目外，均處于安全運行狀態。
由于PCCP多用于大口徑長距離輸調水項目，一旦失效，帶來的后果會非常嚴重，必須引起足夠的重視。
PCCP行業在總結國外80年與國內30年的經驗的基礎上，展開廣泛深入的研究，取得了一系列有效的科研成果。
一、PCCP設計提升
???增加設計安全余量
◆采用極限抗拉強度為1570MPa 的冷拉鋼絲，鋼絲的屈強約為0.8-0.85；鋼絲設計纏絲應力由抗拉強度的75% 降低至70%。
???提高砂漿密實指標
◆ 保護層砂漿凈保護層厚度由原來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吸水率由單個吸水率≤11%提升到≤10%。
???腐蝕性環境的檢測、評價與防腐措施
引起PCCP失效的常見原因是土壤或地下水中存在腐蝕介質導致管材的腐蝕：土壤中的氯離子對管材中的鋼絲、接口鋼環造成腐蝕；土壤中的硫酸根離子對混凝土和砂漿產生腐蝕，破壞砂漿對鋼絲的防護，造成管材的失效。
???針對北方干濕交替地區
建議全部采用防腐措施；
可采用混凝土保護層代替砂漿保護層(CPCCP)。
二、PCCP生產材質提升
◆ 目前國內大型鋼絲廠家生產的鋼絲質量已達國際水平，鋼絲氫脆性問題已得到控制。
◆ 提高用于PCCP制管的冷拉鋼絲關鍵性指標及檢驗要求：
● 抗拉強度不超過1570MPa；
● 母材的含碳量控制在0.3%以下；
● 拔絲溫度不超過182°；
● 管廠自備氫脆試驗機。
◆ 提高PCCP用鋼板關鍵性技術指標：
● 接口環、薄鋼板材質由215MPa 提高到235MPa；
● 管配件鋼板材質由215MPa提高到235MPa或355MPa。
三、PCCP制造裝備提升
???PCCP頭部企業已實現各關鍵工序自動化控制
● 提高生產效率
● 消除人為因素
● 產品質量更加穩定
● 提高控制精度
??? 智慧工廠建設
在PCCP中植入RFID芯片技術，實現PCCP智慧工廠建設，目前在廣東環北部灣水資源配置工程中得到了應用。
智慧工廠模型示意圖
● 智能跟蹤
● 工序監控
● 數據自動采集
● 數據綜合分析
● 實時預警預判
四、PCCP檢測手段提升
遠場渦流電磁檢測技術和分布式光纖聲監測技術目前在國內PCCP管線上得到廣泛的應用：
● 國外檢測服務提供商：賽萊默（中國）有限公司
● 國內檢測服務提供商：中國水利水電科學研究院、中國電子科技集團公司第二十二研究所、天津大學等。
五、PCCP新產品、新技術
???PCCP新產品
為適應不同環境，不同施工方法，相繼開發PCCP衍生新產品：
● 頂進施工法用預應力鋼筒混凝土管（JPCCP）
● 混凝土保護層預應力鋼筒混凝土管（CPCCP）
● 鋼筋混凝土鋼筒管（RCCP）
● 鋼筋纏繞鋼筒壓力管（BCCP）
頂進施工法用預應力鋼筒混凝土管（JPCCP）
● 工壓：≤2.0MPa
混凝土保護層預應力鋼筒混凝土管（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、腐蝕性較強的地區
鋼筋纏繞鋼筒壓力管（BCCP）
● 工壓：≤2.7MPa
???PCCP新技術
◆ 高性能及超高性能混凝土在PCCP上應用：
● 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測：
2019年-2021年，南京水科院、重慶大學聯合PCCP制管企業開展了《腐蝕環境下混凝土壓力管道耐久性研究與壽命預測》，該研究屬于國內首次。試驗成果：
●無論是在單一氯鹽、單一硫酸鹽或耦合溶液腐蝕環境下，混凝土保護層較砂漿保護層抗腐蝕能力更強 。
●無論是在單一氯鹽、單一硫酸鹽或耦合溶液腐蝕環境下，預測PCCP壽命超過50年，混凝土保護層PCCP壽命超過70年。
六、結束語
隨著我國國民經濟的飛速發展，中國的PCCP也已經走過了初期發展階段，進入發展高峰期，PCCP在我國水利、電力、市政給排水等各個領域得到廣泛應用。
為避免美國上世紀七八十年代出現的問題，PCCP行業開展了從原材料、制作工藝、設備升級、管材防護等方面的研究和改進，取得了很大進步，國內PCCP技術及質量控制水平已達到國際領先水平。
在PCCP發展過程中，個別小型PCCP企業技術力量薄弱，質量意識差，生產了一些不合格的PCCP用于工程，導致個別項目出現爆管。
為規范行業行為，由6家PCCP頭部企業共同發起成立了中國混凝土與水泥制品協會預應力鋼筒混凝土管（PCCP）質量創新工作委員會，倡導行業自律，促進PCCP行業健康發展。
我國水利建設項目的經濟分析期是50年或100年，美國1943年建成的第一個PCCP輸水項目已80年仍在運行，我國的PCCP至少可在50年內不需要更新。
總結國內外經驗教訓，PCCP管線安全需要引起業主、設計單位、制造企業、施工單位等參建方的高度重視，設計單位應做好PCCP管線工程地質勘察工作，針對腐蝕環境做好PCCP防腐設計。
工程業主要選擇一流的PCCP管材制造廠家和施工單位，加強生產施工過程的監造，使PCCP管線正常運行50年，預期100年的使用壽命。
在大口徑管道上，PCCP是一種質量可靠、性能優越的管材，具有較高的性價比，在大口徑、高工壓、深覆土引調水工程中具有良好的應用前景。（以上圖片由青龍管業提供）
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