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PCCP国内外发展状况及创新发展探索（下篇）－PCCP创新发展探索
本期“技术交流”栏目刊载的是中国南水北调集团中线有限公司原副总经理、总工程师程德虎先生在2023年7月25日中国水利学会组织举办的“PCCP管线安全提升学术沙龙”（线上+线下）所作的主题报告，原标题为《PCCP在国内外发展及管线安全提升措施》，本次编辑修改标题为《PCCP国内外发展状况及创新发展探索》。由于文章较长，本编将全文分三期刊载：上篇－PCCP国外发展状况、中篇－PCCP国内发展状况、下篇－PCCP创新发展探索。本期刊载的是下篇。欢迎读者阅读。
程德虎，现为水利部南水北调工程专家委员会委员、中国水利学会水工结构专业委员会副主任委员、中国大坝工程学会水工混凝土建筑物检测与修补加固专业委员会副主任委员，曾负责南水北调中线工程技术工作，主持开展了大流量U形渡槽结构设计和施工关键技术、穿黄隧洞全面加强内衬结构缝防水体系等设计优化、膨胀土渠坡建设及运行关键技术、PCCP管道设计、建设及运行关键技术等研究工作。发表论文30篇，专著3部，获得大禹水利科学技术一等奖1项，水力发电科学技术一等奖2项，湖北省科技进步二等奖1项，河南省科技进步二等奖1项。
PCCP创新发展探索
PCCP从引进到现在，安装的总里程数已超过2.6万公里，除极个别项目外，均处于安全运行状态。
由于PCCP多用于大口径长距离输调水项目，一旦失效，带来的后果会非常严重，必须引起足够的重视。
PCCP行业在总结国外80年与国内30年的经验的基础上，展开广泛深入的研究，取得了一系列有效的科研成果。
一、PCCP设计提升
►►►增加设计安全余量
◆采用极限抗拉强度为1570MPa 的冷拉钢丝，钢丝的屈强约为0.8-0.85；钢丝设计缠丝应力由抗拉强度的75% 降低至70%。
►►►提高砂浆密实指标
◆ 保护层砂浆净保护层厚度由原来20mm增加到25mm；
◆ 砂浆含水量由＞7%提高到＞7.5%；将判定砂浆致密性的主要指标吸水率由单个吸水率≤11%提升到≤10%。
►►►腐蚀性环境的检测、评价与防腐措施
引起PCCP失效的常见原因是土壤或地下水中存在腐蚀介质导致管材的腐蚀：土壤中的氯离子对管材中的钢丝、接口钢环造成腐蚀；土壤中的硫酸根离子对混凝土和砂浆产生腐蚀，破坏砂浆对钢丝的防护，造成管材的失效。
►►►针对北方干湿交替地区
建议全部采用防腐措施；
可采用混凝土保护层代替砂浆保护层(CPCCP)。
二、PCCP生产材质提升
◆ 目前国内大型钢丝厂家生产的钢丝质量已达国际水平，钢丝氢脆性问题已得到控制。
◆提高用于PCCP制管的冷拉钢丝关键性指标及检验要求：
● 抗拉强度不超过1570MPa；
● 母材的含碳量控制在0.3%以下；
● 拔丝温度不超过182°；
● 管厂自备氢脆试验机。
◆提高PCCP用钢板关键性技术指标：
● 接口环、薄钢板材质由215MPa 提高到235MPa；
● 管配件钢板材质由215MPa提高到235MPa或355MPa。
三、PCCP制造装备提升
►►►PCCP头部企业已实现各关键工序自动化控制
● 提高生产效率
● 消除人为因素
● 产品质量更加稳定
● 提高控制精度
►►►智慧工厂建设
在PCCP中植入RFID芯片技术，实现PCCP智慧工厂建设，目前在广东环北部湾水资源配置工程中得到了应用。
智慧工厂模型示意图
● 智能跟踪
● 工序监控
● 数据自动采集
● 数据综合分析
● 实时预警预判
四、PCCP检测手段提升
远场涡流电磁检测技术和分布式光纤声监测技术目前在国内PCCP管线上得到广泛的应用：
● 国外检测服务提供商：赛莱默（中国）有限公司
● 国内检测服务提供商：中国水利水电科学研究院、中国电子科技集团公司第二十二研究所、天津大学等。
五、PCCP新产品、新技术
►►►PCCP新产品
为适应不同环境，不同施工方法，相继开发PCCP衍生新产品：
● 顶进施工法用预应力钢筒混凝土管（JPCCP）
● 混凝土保护层预应力钢筒混凝土管（CPCCP）
● 钢筋混凝土钢筒管（RCCP）
● 钢筋缠绕钢筒压力管（BCCP）
顶进施工法用预应力钢筒混凝土管（JPCCP）
● 工压：≤2.0MPa
混凝土保护层预应力钢筒混凝土管（CPCCP）
● 工压：≤2.0MPa
钢筋混凝土钢筒管（RCCP）
● 管径：DN800-DN4000
● 工压：≤1.0MPa
●主要用于中低压力、腐蚀性较强的地区
钢筋缠绕钢筒压力管（BCCP）
● 工压：≤2.7MPa
►►►PCCP新技术
◆ 高性能及超高性能混凝土在PCCP上应用：
● 管壁减薄
● 自重减轻
● 钢筋用量减少
● 耐久性更好
◆ PCCP 耐久性研究与寿命预测：
2019年-2021年，南京水科院、重庆大学联合PCCP制管企业开展了《腐蚀环境下混凝土压力管道耐久性研究与寿命预测》，该研究属于国内首次。试验成果：
●无论是在单一氯盐、单一硫酸盐或耦合溶液腐蚀环境下，混凝土保护层较砂浆保护层抗腐蚀能力更强 。
●无论是在单一氯盐、单一硫酸盐或耦合溶液腐蚀环境下，预测PCCP寿命超过50年，混凝土保护层PCCP寿命超过70年。
六、结束语
随着我国国民经济的飞速发展，中国的PCCP也已经走过了初期发展阶段，进入发展高峰期，PCCP在我国水利、电力、市政给排水等各个领域得到广泛应用。
为避免美国上世纪七八十年代出现的问题，PCCP行业开展了从原材料、制作工艺、设备升级、管材防护等方面的研究和改进，取得了很大进步，国内PCCP技术及质量控制水平已达到国际领先水平。
在PCCP发展过程中，个别小型PCCP企业技术力量薄弱，质量意识差，生产了一些不合格的PCCP用于工程，导致个别项目出现爆管。
为规范行业行为，由6家PCCP头部企业共同发起成立了 预应力钢筒混凝土管（PCCP）质量创新工作委员会，倡导行业自律，促进PCCP行业健康发展。
我国水利建设项目的经济分析期是50年或100年，美国1943年建成的第一个PCCP输水项目已80年仍在运行，我国的PCCP至少可在50年内不需要更新。
总结国内外经验教训，PCCP管线安全需要引起业主、设计单位、制造企业、施工单位等参建方的高度重视，设计单位应做好PCCP管线工程地质勘察工作，针对腐蚀环境做好PCCP防腐设计。
工程业主要选择一流的PCCP管材制造厂家和施工单位，加强生产施工过程的监造，使PCCP管线正常运行50年，预期100年的使用寿命。
在大口径管道上，PCCP是一种质量可靠、性能优越的管材，具有较高的性价比，在大口径、高工压、深覆土引调水工程中具有良好的应用前景。（以上图片由青龙管业提供）
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