河南省南水北調(diào)供水配套工程pccp管止推設(shè)計初探

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1、河南省南水北調(diào)供水配套工程PCCP管止推設(shè)計初探馬俊青MAJun-qing（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，鄭州450016）（HenanPa。沿程布置進(jìn)水池1座，穿越工程22座，閥件井129座，鎮(zhèn)墩196個，現(xiàn)地管理房6處。2011年4月29日，配套工程已開工建設(shè)。2止推設(shè)計的必要性許昌市17號輸水管道（PCCP）總長61.65km，管徑為DN2400、DN2000、DN1200三種，全線水平拐點86個，最大轉(zhuǎn)角89°，豎向拐點50個最大轉(zhuǎn)角9.46°，檢修、控制閥30個，管道設(shè)計最大內(nèi)水壓力1.0MPa，管頂以上最大覆土10m，在大角度平面和豎向轉(zhuǎn)角處最大推力900t

2、左右，這么大的推力必須采取止推設(shè)計。止推設(shè)計的合理與否對配套工程施工進(jìn)度、工程造價、正常運(yùn)行等都具有很大的影響。3推力分析壓力管道的推力主要包括由于管道內(nèi)水壓力而產(chǎn)生的靜水推力及由于水流動量變化產(chǎn)生的動水推力，通常情況下，大部分輸水管道運(yùn)行時水流流速相對較小，動水推力不顯著，如：本工程水流流速為1.33m/s，其動水推力為2.03kN。所以推力計算時通常忽略動水推力。推力的大小主要與管道接頭處內(nèi)水壓力和截面面積有關(guān)，對于彎管還與轉(zhuǎn)角大小有關(guān)，其數(shù)值可用下式確定，推力示意圖如圖1所示。4止推設(shè)計輸水線路中的推力與管徑的平方成正比關(guān)系，止推力方向與推力相反，大小相等且滿足規(guī)范

3、規(guī)定的安全系數(shù)。通常標(biāo)準(zhǔn)管偏轉(zhuǎn)一個小角度所產(chǎn)生的推力是非常小的，一般不需要額外的止推限制，所以在管線布置上可以把彎管角度分散到幾處，使彎道半徑加大，利用小偏轉(zhuǎn)角處管道的鎖定功能，使不平衡推力消失，則可省略止推結(jié)構(gòu)。作用在大轉(zhuǎn)彎半徑的水平彎管段接頭上的推力T由于管道頂部和底部的摩擦阻力來抵抗，總摩擦力與推力數(shù)值相等，方向相反。滿足下式時，不需要限制設(shè)施。受力分析如圖2所示。對于帶膠圈接頭的標(biāo)準(zhǔn)管及斜口管由于轉(zhuǎn)角引起的推力可以靠管道自重或自重引起的摩擦力來承受，一般不需另外的止推措施，而對于配件，由于其推力比較大，如果不采取措施，軸向力會拉開PCCP柔性接頭，造成漏水或更大的

4、事故，所以對配件本身，可以靠兩種途徑來抵抗推力，一是靠配件自重、水重、覆土重或其引起的摩擦力，二是配件周圍的土體的被動抵抗力，而當(dāng)這些止推力不足以平衡推力時，則必須增設(shè)止推裝置，在國內(nèi)通常的做法是設(shè)鎮(zhèn)墩，采用傳統(tǒng)的增設(shè)鎮(zhèn)墩做法一方面會增加投資另一方面也會對工期造成影響，且在一些轉(zhuǎn)彎處還會受到地形、地下管線、地上建筑物的限制，不具備設(shè)置鎮(zhèn)墩的條件，在設(shè)計過程中主要采取了以下幾種止推裝置，一是采用限制接頭，二是增設(shè)鎮(zhèn)墩，三是采用聯(lián)合止推型式，下面對這三種止推方式分別加以介紹。4.1限制接頭止推方式限制接頭止推方式就是將相鄰管道的接頭固定在一起的方法來抵抗配件處的推力。采用這種

5、方法連接的管道稱作限制管道，接頭稱作限制接頭。這種方法可在配件每一側(cè)將數(shù)個接頭限制在一起，從而增大了限制管道的摩擦力以抵抗推力，國內(nèi)第一次應(yīng)用鎧裝管的工程為山西萬家寨引黃聯(lián)接段工程。限制接頭主要有焊接式和機(jī)械式，其中焊接式分外焊式和內(nèi)焊式兩種，在實施過程中一個最大缺點是會加大現(xiàn)場工作量，且有可能燒壞膠圈；機(jī)械式有夾鉗式鎧式連接、承口螺栓式連接和卡環(huán)式連接。許昌市17號口門管線采用PCCP管材，由于管徑較大，管線在進(jìn)行檢修時，必須將上端檢修閥關(guān)閉，放空下端管道內(nèi)存水，此時閥件井上端將承受較大內(nèi)水壓力，巨大的水平推力通過閥門傳遞到閥室，僅靠閥井本身的自重難以抗滑，如采用阻滑板

6、則工程投資較大，施工進(jìn)度也比較慢。而PCCP管可采用限制性接頭來承受該推力，在閥件的每一側(cè)將數(shù)個PCCP管的接頭限制在一起，利用限制長度范圍內(nèi)的管重、水重、覆土重的產(chǎn)生的摩擦力來抵抗配件處的止推力。閥門每端限制管段長度用下式計算。對水平彎頭、推力向上的垂直彎頭、封頭等計算公式和此類似，如圖3所示。計算公式：國內(nèi)第一次應(yīng)用鎧裝管的工程為山西萬家寨引黃連接段工程，由于聯(lián)接段輸水線路地形及周邊環(huán)境條件復(fù)雜，彎頭、檢修閥較多，如果全部采用混凝土鎮(zhèn)墩或止推鎮(zhèn)，不僅工程成本加大，而且施工速度也很慢。2002年無錫華毅管道公司為此工程專門進(jìn)行了鎧裝接頭試驗，試驗非常成功，鎧裝接頭的位移

7、和變形在一定的范圍內(nèi)是可以控制的。4.2止推墩止推方式鎮(zhèn)墩設(shè)置應(yīng)通過管道穩(wěn)定計算來確定，管道自重和水重產(chǎn)生的摩擦力大于所需抵抗推力的，不需設(shè)置鎮(zhèn)墩，否則均需要設(shè)置鎮(zhèn)墩。止推墩的設(shè)置一方面同傳統(tǒng)意義的鎮(zhèn)墩作用相同，即可以增加配件處的自重、上覆土重量，從而可以增加摩擦力，摩擦系數(shù)的選擇根據(jù)土壤類型和管道外壁的糙率來確定，通常取值范圍為0.25～0.5，對于豎向彎頭的下彎頭及水平彎頭可通過加大支撐面積，以增加配件的抗側(cè)移能力，對于止推墩的尺寸可根據(jù)土體的承載能力進(jìn)行按下式確定。①水平鎮(zhèn)墩穩(wěn)定計算。4.3聯(lián)合止推方式聯(lián)合止推也就是限制