对提升PCCP输水工程安全性的思考

PCCP自1989年从美国引进以来在我国已应用2万多km,大部分应用于大型引调水工程中.近年来一些项目出现了爆管事故,严重影响到供水管线安全运行,引起有关方面高度关注.分析了国内外PCCP应用情况及前沿技术研究现状,从全生命周期管理视角提出补齐“腐蚀控制、安全检测、风险评估、原位修复”等技术应用短板,加强项目建设、运行...     

驮英灌区东干渠输水工程PCCP水压试验的方法

在长距离倒虹吸工程预应力钢筒混凝土管安装施工完成后,需对管道进行水压试验,以检验施工安装质量,确保满足管道在后续运行中的使用功能。笔者以广西驮英灌区东干渠输水工程东门倒虹吸为例,对长距离大口径预应力钢筒混凝土管水压试验段划分、分段处堵板和后背设计以及试验压力确定进行论述,详细阐述分段水压试验方法和步骤。试验结果满足规范及设计要求,并有效地检验管道安装质量,为以后类似工程积累经验,具有一定的参考价值。     

PCCP断丝破坏规律Ⅰ：原型试验研究

目前断丝是预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)结构性能评估时考虑的主要因素。由于砂浆对钢丝的握裹作用,断丝预应力损失的初始范围、扩展时机和扩展幅度是研究管芯预压应力保有量的关键指标。本文基于分布式光纤传感器,考虑了3类荷载作用下2类断丝的影响,对4根相同设计参数的PCCP进行了断丝直到破坏的原型试验研究。在恒定内压下集中与离散断丝、循环内压下离散断丝以及恒定外压下集中断丝试验中,管体破坏时的极限断丝数(率)分别为60(19.8%)、185(61.1%)、140(46.2%)和150(49.5%)。试验获得了不同工况下管体破坏过程中各层材料初始损伤和管体最终破坏时对应的断丝数量,揭示了管芯的预应力损失和破坏规律,展现了断丝PCCP结构性能评估时应注意的关键因素,为开发断丝破坏过程的数值模拟方法提供了依据。     

CFRP修复PCCP断丝管的试验研究

为了验证CFRP修复PCCP断丝管的效果,采用两根内径2.6m的PCCP,管A为原管,管B为在管芯混凝土内表面粘贴CFRP的加固管,在不同内压作用下进行断丝,研究最不利情况下PCCP断丝破坏特征。管A在内水压力0.9MPa,断丝40根时,断丝区管芯混凝土应变突增,出现宏观裂缝,发生脆性破坏;管B在同样内水压力断丝70根时,断丝区管芯混凝土微裂缝持续扩展,继续加压至0.95 MPa时,管芯混凝土出现宏观裂缝,而非断丝区管芯混凝土受断丝影响不大。试验结果表明粘贴在管芯混凝土内壁上的CFRP与PCCP结构联合承载,在管芯混凝土出现微裂缝后参与应力重分布,限制了管芯混凝土裂缝的开展,调整了管体结构的受力状态,CFRP补强加固PCCP断丝管的效果明显。     

长距离输水工程采用大口径 PCCP 管的安全防护对策

针对输水管道工程中 PCCP 管材爆管事故引发对 PCCP 管耐久性的担忧,对相关管道爆管案例进行了归纳研究,结果表明爆管的主因是预应力钢丝断丝。微观分析可知钢丝断丝是由于快拉拔引起晶格缺陷、阴极保护过负、氢脆等因素导致; 宏观分析其原因是由于砂浆保护层开裂、有效外防护缺失导致钢丝腐蚀破坏。通过对比研究国内外有关规范差异、管材设计考虑的内外服役环境、管芯混凝土和砂浆制造工艺,以及已建工程不同外防护效果等方面,提出了 PCCP 管道安全防护对策如下: ( 1) 标准规范需细化和设计优化; ( 2) 提高管芯质量和改进砂浆工艺; ( 3) 做好有效外防护,如三油两布和适宜厚度的环氧煤沥青涂层措施; ( 4) 慎重选择阴极保护等措施,由此可提高 PCCP 管道的承载力和耐久性。与此同时,还需做好运行监测和检测,并及时进行管道修补及换管工作,从而降低爆管风险。     

关于预应力钢筒混凝土管（PCCP）与玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）在张峰水库输水总干工程中的应用比较

针对张峰水库工程输水总干PCCP与FRPM两种管材从设计、安装、运行管理等方面进行了比较。     

基于数据驱动的PCCP管道断丝状态评估与预测方法研究

预应力钢筒混凝土管PCCP已经在长距离输水、城市供水等工程中得到广泛应用,针对PCCP管道存在断丝、渗漏、爆裂等潜在风险,从数据驱动和智能计算角度对PCCP管道断丝状态的评估和预测机制进行研究。首先基于系统顶层设计提出PCCP管道断丝状态评估与预测的技术框架,然后基于PCCP断丝影响因素、数据特点、大数据模型方法等分析了PCCP断丝状态评估与预测方法,最后从软件工程角度对PCCP管道断丝评估与预测管理系统进行规划。从方法机制层面分析PCCP管道断丝智能管理方法,可为相关技术研究与工程应用提供技术思路。     

基于深度学习的河湖岸线侵占建筑物智能识别与提取

河湖岸线侵占是河湖水域岸线管理的重要问题之一。文章基于卫星遥感数据,通过引入Vgg16深度神经网络,提高了传统U-Net网络在收缩路径上的特征提取能力。     

基于涡流原理PCCP断丝的无损检测方法研究

基于涡流原理,提出一种PCCP(预应力钢筒混凝土管)断丝的无损检测方法;即:将PCCP视为放大后的类似金属管道,预应力钢丝作为主体结构,检测时利用内含线圈的探头在管内形成涡流,涡流产生磁场反作用于探头磁场,引起探头内磁通量的变化。通过采集探头阻抗波动即可获取磁通量变化,分析阻抗波动过程就能够推测出PCCP预应力钢丝的损伤情况。通过电磁感应和等效电路建立关联方程,推导阻抗波动公式,并在阐述试验方法的基础之上,初步论证了该方法的可行性。     

PCCP输水工程设计应用常见问题研究

结合预应力钢筒混凝土管(PCCP)输水工程设计实践,对其设计应用中存在的一些问题,诸如,采用标准的合理性、管材设计荷载的正确选择、接头试验压力选择、管芯混凝土强度、厚度和缠丝面积的优化等进行了研究,旨在促进设计参数选择合理,保证工程建设安全可靠并节省工程投资。同时,提出了一些相关建议,可供类似工程参考。     

PCCP受载响应全过程有限元分析

基于陕西杨凌供水工程,建立预应力钢筒混凝土管(PCCP)的三维非线性有限元模型,研究了PCCP在全寿命各个阶段的受力特性和结构性能,得到PCCP各阶段应力状态和裂缝开展的规律。分析结果表明:(1)缠丝后由于管芯在预应力作用下的收缩变形,钢丝可能发生4%的预应力损失;(2)在预应力作用下管芯混凝土全截面受压,最大压应力在管道内侧,且由内到外线性递减;(3)在土荷载和管道自重作用下,砂浆层出现裂纹,管道发生椭圆形变形,在内水压力作用下,管道有外扩的趋势。     

预应力钢筒混凝土管内壁复式碳纤维加固试验与计算分析

碳纤维加固预应力钢筒混凝土管（PCCP）具有非开挖、工期短、对周边环境影响小的特点。但是,由于碳纤维与混凝土的极限拉应变相差近百倍,传统碳纤维加固PCCP技术无法有效发挥碳纤维的应力水平。本文提出复式碳纤维加固PCCP技术,即在碳纤维与PCCP之间增设自主研发的高压缩弹性垫层,利用垫层的压缩性为碳纤维变形提供空间,显著提升碳纤维的环向应变水平。为了验证复式碳纤维的加固效果,采用直径为0.75 m的钢筒进行模型试验,试验结果表明,当内水压力为1.0 MPa时,复式碳纤维加固技术较传统碳纤维加固技术中碳纤维环向微应变提升20倍以上,被加固结构的微应变降低40%以上。基于拉梅公式的力学模型计算结果与试验结果基本一致,随着垫层厚度或碳纤维层数的增加,钢筒的环向微应变降低,但降低的速度逐渐减小。该技术利用了碳纤维高强和高模量的特性,实现了碳纤维与PCCP共同承受内水压力的效果。     

严寒地区大型倒虹吸工程管道应力及水力安全控制

新疆北疆供水工程跨越吉拉沟大洼槽的三个泉倒虹吸,跨度11 km,内径2.8 m,工作水头160m,是国内外同类工程中综合难度较高的大型倒虹吸工程,在结构强度、材料工艺、安装敷设、工程质量方面都有极高的要求,特别是高水头管道运行、充水、放空、水锤防护等各种工况下的水力安全控制问题,高温差与严寒条件下管道的应力应变问题尤为突出。对该工程设计、科研、施工及运行管理方面的经验进行介绍,对其在新技术、新材料、新工艺等方面取得的理论研究和技术创新成果进行总结,研究认为:工程总体布置合理,工程运行后监测资料及工程安全评价表明各项性状指标良好,通过模型试验研究确定的闸门开度、关闭速率、充水排气、放空排水等水力安全控制关键技术科学合理,为严寒地区大型倒虹吸工程的技术发展提供借鉴。