PCCP管道安全监测布置及结果分析.doc

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资源描述

1、1PCCP 管道安全监测布置及结果分析摘要 为了全面反映 PCCP 管道的工作状态,设计不仅采用了常规的土压力计、渗压计、压力传感器、钢筋计,还引入了光栅应变计、无应力计,并研发了专用的 PCCP 阴极保护测试探头,更创新地将氢气示踪法应用于大口径管道渗漏监测,安全监测数据全面为工程安全运行提供了保证。 关键词 南水北调;超大口径 PCCP;监测分析 中图分类号: P624.8 文献标识码:A 文章编号: 前言 为了全面反映 PCCP 管道的工作状态,为 PCCP 管道制造、施工安装、通水运行安全提供充分的压力、渗流、变形、应力、应变数据,在无同类工程监测设计可以借鉴的条件下,经分析研究将 P

2、CCP 管道的水力特性、标准 PCCP 管道结构安全、镇墩稳定、包封结构与管道联合受力、隧洞衬砌结构与管道受力状况、暗挖洞施工及运行期结构安全、阴极保护测试等作为监测重点。设计不仅采用了常规的土压力计、渗压计、压力传感器、钢筋计,还引入了光栅应变计、无应力计,并研发了专用的 PCCP 阴极保护测试探头,更创新地将氢气示踪法应用于大口径管道渗漏监测。 1 管道结构安全监测 (1) 进行 PCCP 和垫层的联合受力(即土壤管道相互作用)监测分析,验证马斯顿理论及奥兰多系数,提出高覆土问题的解决方案和沟槽2的最佳填筑方式。(2) 通过监测埋设管道在内压、外荷载、管重和管内水重等荷载情况下所产生的极限

3、轴力和极限弯矩,利用极限状态设计法来验证是否超出三个极限状态设计准则。(3) 通过对长期放置的 PCCP 管、裂缝 PCCP 管及断丝管道进行现场试验,为 PCCP 结构安全评价提供合理的数值依据。监测项目包括:a.土压力分布;b.管道预应力钢丝应力。 图 1 不同垫层及埋设方式土压力监测 图 2 预应力钢丝应力的直接监测 2 镇墩、包封结构及稳定监测 (1) 进行深覆土情况下混凝土包封受力、PCCP 管道与混凝土包封的联合受力状况监测分析。(2) 通过分析在充水打压试验、自流及加压输水工况下的镇墩监测数据,分析管道镇墩的止推及防振效果。监测项目包括:a.土压力分布;b.包封混凝土、镇墩混凝土

4、应变;c.包封钢筋、镇墩钢筋应力;d.结构与 PCCP 间缝隙,PCCP 与 PCCP 间缝隙;e.镇墩沉降、位移监测。 3 岩石隧洞、暗挖洞结构及稳定监测 进行岩石隧洞、暗挖洞结构、围岩及 PCCP 管道的工作状态监测分析。监测项目包括:a. 外水压力;b. 山岩压力,围岩与支护之间压力,PCCP 管外部压力;c. 支护、衬砌内应力;d.钢筋应力;锚杆内力及抗拔力;f.围岩位移。 3图 3 包封监测仪器 图 4 京石、大件路暗挖监测 4PCCP 阴极保护测试探头研发及应用 市场上仅有的测试探头主要利用钢片的办法进行自然腐蚀电位测试,只能测试到钢片的自然腐蚀电位,不能模拟 PCCP 自然腐蚀电

5、位,而且测试探头的性能指标也不明确1。北京市水利规划设计研究院与科大联合开发研制了由混凝土结构、与阴极连接的混凝土用高强钢丝、自然腐蚀状态的预应力钢丝、MnO2 参比电极、辅助电极等组成的 PCCP 专用测试探头,该探头将 PCCP 的自然腐蚀电位测试、阴极保护通/断电电位测试、极化曲线测试和腐蚀速率测试等四种功能集成于一体,为 PCCP 阴极保护效果的测量提供了有效手段2。该研究成果获得国家专利,并成功应用于南水北调 PCCP 管道工程,为国内其他同类工程提供借鉴。 图 5 钢质管道用测试探头结构和安装图图 6PCCP 阴极保护测试探头结构示意图 5PCCP 管道渗漏监测技术研究 由于大口径

6、地下输水管道结构的特殊性以及检测条件的限制,其渗漏检测一直难以实现,尤其是早期的微量渗漏更无法检测。常规的声波检测法(听音棒、听漏仪、相关仪、Permalog)虽然可以用于地下输水管道渗漏检测,但在无法测取到漏声、环境噪音干扰太大时,都会影响声检测的效果;防腐层破损检测法主要适用于防腐层大面积破损,渗漏4量相对较大的地下输水管道的渗漏检测,且该种方法受周围环境的影响较大,对已经建成的管道适用性不强,很难确定渗漏点的具体位置。以氢作为示踪元素的泄漏检测是一项有效技术3,闪斯氢气查漏系统采用世界上灵敏度最高的硅气敏传感器,灵敏度 0.7ppm,用 5%氢气和 95%氮气的绝对安全混合气作为示踪气体

7、,将它注入待测管线后气体在漏点处便会逸出,使用相应探头检测出漏气点,从而对漏点进行精确定位。这种方法在世界范围内主要对密封器件作泄漏检测和微泄漏检测,本工程首次将氢气示踪检测法用于地下输水管道渗漏检测,并对不同加氢方式(排空法、高压溶解法、低压溶解法)进行比较,确定了实用有效、经济可行的加氢方法。 6 监测资料分析 经对 PCCP 管道全线安全监测设施情况统计分析,仪器埋设成功率高,监测数据正常,监测资料全面,对指导管道施工、校核设计参数、积累PCCP 管道设计经验提供了可靠的数据保证,并为南水北调 PCCP 管道工程安全运行提供了重要保障。 图 7 典型钢筋计测值过程线 图 8 典型应变计测

8、值过程线 图 9 典型土压力计测值过程线图 10 典型三向测缝计测值过程线 结语 5南水北调北京段位于中线干线末端,对上游来水流量及水质变化影响明显;国内首次选用的双排直径 4m 的 PCCP 管道方案在减少投资、节约用地、减少水量损失、方便管理运行等方面具有明显优势,但超大口径 PCCP 管道设计、生产制造、运输安装等可借鉴资料较少,给建设者提出了诸多难题。PCCP 管道安全监测布置及结果分析,为今后类似工程的设计及施工提供有益的参考。 参考文献: 1 郭永峰、杨进新南水北调中线 PCCP 管道工程阴极保护方案研究 2 王东黎、杨进新、杜艳霞南水北调中线 PCCP 阴极保护测试探头研究 3 杨进新、忽惠卿、王东黎南水北调中线 PCCP 管道工程安全监测方案研究 作者简介:冯克义(1978 年-) 男工程师 硕士研究生 TEL:01088823176;Email:

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