大口径PCCP管承插口生产工艺尺寸研究

林雄财，万 芊，刘 元

（1.长江勘测规划设计研究有限责任公司建设咨询总承包公司，武汉 430015 2.鄂北地区水资源配置工程建设与管理局，武汉 430065）

大口径PCCP管承插口生产工艺尺寸研究

林雄财1，万 芊2，刘 元1

（1.长江勘测规划设计研究有限责任公司建设咨询总承包公司，武汉 430015 2.鄂北地区水资源配置工程建设与管理局，武汉 430065）

承口和插口作为大口径PCCP管连接的关键部件，两者既要求结合紧密，严丝合缝，又要求有一定空隙，便于安装，如何高效确定生产的工艺尺寸，确保经过一系列生产工序收缩和膨胀后，成品管的承插口尺寸满足规范要求显得尤为关键。以鄂北地区水资源配置工程项目内径3 800 mmPCCP管为例，通过计算机模拟，综合考虑当地原材料，结合工程经验，确定了最佳的工艺生产尺寸，保证了工程顺利实施。

大口径；PCCP管；承插口；工艺尺寸；鄂北地区水资源配置工程

1 研究背景

预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，以下简称PCCP）各节之间由带承插口钢环的柔性接头连接，并装有橡胶圈密封，具备高密封性、高强度、高抗渗性的特点。承口和插口钢环制作既要两者间空隙小，保证承插口连接不漏水，又希望两者间空隙大，方便安装，因此，承插口钢环已经成为PCCP工程的关键部件。预应力钢筒混凝土管规范（GB/T19685-2005）中，仅仅对成品管子承插口最终尺寸有明确规定，且要求承口内径允许偏差为+0.2～1.0 mm，插口外径允许偏差为-1.0～-0.2 mm。承插口钢环是通过一系列定长下料、卷圆、合缝焊接、涨圆、管芯混凝土浇筑、缠预应力钢丝、打磨除锈、防腐之后，才形成最终成品，对大口径的PCCP管材生产来讲，承插口基本尺寸一般为4 000 mm左右，承插口允许偏差率为0.2～1.0 mm，要求精度较高。规范中对承插口初始的生产工艺尺寸没有明确指标，因此，如何确定高精度的承插口钢环生产工艺尺寸，经过一系列工序的涨圆和收缩后，保证一次生产成功，满足规范要求，成为PCCP生产和安装单位一直关心的问题。本文以鄂北地区水资源配置工程内径3 800 mmPCCP工程为例，通过工程实践研究了承插口工艺尺寸确定方法，旨在为同类工程提供参考。

2 管型设计及主要原材料

2.1 管型设计

管道管顶覆土一般回填至原地面高程，厚度范围为2.0～10.0 m。对覆土为2.0～4 m、4～8 m分别设计两种PCCP管（A型管、B型管），在覆土厚度大于8.0 m时，采用A型管混凝土外包PCCP的结构型式，具体设计参数见表1。

表1 PCCP管道选型

2.2 主要原材料

PCCP管插口钢材采用无锡华冶钢铁有限公司生产型钢，承口钢材采用河北钢铁股份有限公司唐山分公司生产的型钢，屈服强度 205 MPa，抗拉强度375～460 MPa，伸长率 26%。

管芯混凝土设计强度为C55，水泥选用天瑞集团南召水泥有限公司生产的P.O52.5（低碱）水泥，所有粉煤灰选用鸭河口电厂生产的F类I级粉煤灰，掺量15%，所用细、粗集料分别采用白河流域（新野）砂场生产的天然砂及枣阳石料厂生产的碎石5～25 mm，所用外加剂选用河南巩义宏超建材有限公司生产的跨越HCJA2 000高效高性能减水剂，掺量1.0%。PCCP管预应力钢丝采用天津银龙预应力材料股份有限公司生产的直径7 mm的压力管道用冷拉钢丝。

3 承插口工艺尺寸设计及生产工艺

3.1 承插口制作工艺

承插口的原料是条状型钢。制作时首先须按设计的长度切断，在断口两端开出便于焊接的“坡口”。通过卷圆机将型材初步制成圆形后，将合口焊好，并打磨光滑。在钢圈进行涨圆定型之前，承口圈环要进行扳边加工，使其成为“喇叭口”状。将承插口圈置于涨圆机上进行涨圆定形。由于钢圈在焊接和涨圆过程中均涉及尺寸变化，涨圆后有弹性回缩，因此初始材料定长必须先经理论计算，在制作过程中反复试验和修正方能确定。涨圆时的力度控制要保证钢材受到应力超过其屈服极限，如此方能使钢圈达到要求的圆度和起到检验焊缝强度的目的。但应力过大使操作难度增加，甚至使焊缝开裂，造成不安全因素。

3.2 工艺尺寸设计

承插口尺寸设计采用现有国家标准（预应力钢筒混凝土管GB/T19685-2005），经计算机模拟、制作、试装、修订等程序，并结合工程实际经验，得出承插口的配合间隙，最终确定生产的工艺尺寸。详见图1承插口工艺尺寸设计流程图。

图1 承、插口工艺尺寸设计流程图

3.3 承插口初始工艺尺寸

鄂北地区水资源配置工程PCCP管道内径为3 800 mm，按照规范要求，承插口设计直径为3 973 mm。成品插口圈工作面外径尺寸应为φ3 972.0～φ3 972.8 mm；成品承口圈工作面内径尺寸应为φ3 973.2～φ3 974.0 mm。

按PCCP管的设计参数及所使用原材料力学性能，在经计算机模拟后并结合工程经验基础上，PCCP管生产开始时，对A型管和B型管的承插口设计工艺尺寸相同，其承口圈设计工艺尺寸为φ3974.6～φ3 974.8 mm、插口圈设计工艺尺寸为φ3 971.8～φ3 972 mm。

待钢筒焊接、管芯混凝土浇筑、缠预应力钢丝、喷砂浆保护层、外防腐、除锈打磨等一系列工艺流程完成后，进入成品堆放区。通过对成品的承插口尺寸逐个进行量测，发现单层缠丝的成品管（即A型管）承口工作面尺寸多集中在 φ3 973.4～φ3 973.8 mm之间，双层缠丝的成品管（即B型管）承口工作面尺寸多集中在φ3 973.2～φ3 973.4 mm之间。调整前承插口尺寸统计图。见图2。根据GB/T19685-2005规范的规定，成品管承口工作面尺寸要求控制在φ3 973.2～φ3 974.0 mm之间。因此，通过现场统计发现，单层缠丝成品管承口尺寸多集中在规范要求的中间范围，也是控制的最佳范围。双层缠丝成品管承口尺寸多集中在规范要求的下限范围，稍有不慎，工作面尺寸将超出规范要求，存在较大安装难度与风险。

图2 调整前承插口尺寸统计图

3.3 对承口生产工艺尺寸的调整

经过初步分析，双层缠丝的成品管（即B型管）承口工作面内径尺寸偏于下限的原因在于，预应力钢丝施加的预应力较大，为1 099 MPa，且有双层缠丝，施加于管芯上，致使管芯收缩，导致承插口钢环连带一起收缩，尺寸趋于规范要求下限值。

为了将双层缠丝成品管承口工作面尺寸控制在比较理想的范围内，给安装提供方便，决定调整双层缠丝管承口制作工艺尺寸，由原来的承口圈工艺尺寸φ3 974.6～φ3 974.8 mm调整为φ3 974.9～φ3 975.1 mm，即上下限尺寸均增大0.3 mm。单层缠丝管承口制作时工艺尺寸不变。插口工艺尺寸均保持不变。调整后，通过产品管承口量测统计，双层缠丝管承口尺寸均在承口圈工作面尺寸φ3973.4～φ3 973.8 mm之间（见图3）。从现场PCCP管安装情况看，既方便安装，提高了安装工作效率，又满足管道接口密封要求，打压试验检验不漏水。

4 结语

本文结合鄂北地区水资源配置PCCP管道工程实例，综合考虑PCCP管不同的设计参数及使用不同的原材料，在相同的生产工艺条件下，承插口工艺尺寸设计均不相同，尤其是在高工作压力及双层缠丝情况下，承插口尺寸配合精度及需要考虑的收缩量更为重要。通过计算机模拟计算，并结合工程现场实践，确定承插口钢环生产的工艺尺寸，并适度微调，确保承插口工艺尺寸设计合理，成品尺寸在满足规范要求的前提下达到最优，避免返工浪费，保证了工程的顺利实施。

图3 调整后承插口尺寸统计图

（责任编辑：刘征湛）

Study of production dimension of bell and spigot joint for large diameter PCCP

LIN Xiong-cai1,WAN Qian2,LIU Yuan1

(1.Construction Consulting General Contracting Company of Changjiang Co.Ltd.of Survey,Planning,Design and Research,Wuhan 430015,China;2.Water Resources Allocation Construction and Administration Bureau of Ebei Prefecture,Wuhan 430065,China)

Bell and spigot joints are key components for PCCP connection.Tight connection is necessary while fissure clearance is required to permit convenient assembly.It is very important to design the production dimension of bell and spigot joint,because the final dimension of product will change after a serious production processes due to shrinkage and expansion.A water allocation project in the northern area of Hubei Province is designed with PCCP of DN3800.Taking this project as example,computer simulation was conducted to determine the optimum production dimension while taking into account the local materials and engineering experience.

Large diameter;pre-stressed concrete cylinder pipe(PCCP);bell and spigot joint;production dimension;water resources allocation project in northern area of Hubei Province

TU990.3

B

1003-1510（2016）06-0032-03

2016-00-00

林雄财（1983-），男，湖北武汉人，长江勘测规划设计研究有限责任公司建设咨询总承包公司工程师，硕士，从事水利水电工程施工管理工作。