青龙管业技术创新在鄂北工程大口径PCCP生产中的应用

文/范峰东

青龙管业技术创新在鄂北工程大口径PCCP生产中的应用

文/范峰东

工程概况

湖北省鄂北地区水资源配置工程是从丹江口水库清泉沟隧洞进口引水，向沿线城乡生活、工业和唐东地区农业供水，解决鄂北地区干旱缺水问题的一项大型水资源配置工程。工程主要由取水口、明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽和阀井等多种建筑物组成，其中孟楼—七方倒虹吸段是该工程主要建筑物，采用管径DN3800mm的PCCP三管同槽埋设，管道工作压力0.4～0.8MPa，线路平面长度72km，管道总长度210多km，是目前亚洲最大的单体倒虹吸工程。管材生产划分为3个标段，青龙管业承担第21标的生产建设任务。

PCCP生产中技术创新的必要性和紧迫性

我国自1989年从美国阿美隆公司引进关键设备和生产技术，开始预应力钢筒混凝土管（PCCP）生产以来，由于PCCP管材具有承受内外压较高、接头密封性好、适应不均匀沉降能力高、施工方便快捷、防腐性能好、维护方便的产品特性，在水利、电力、市政等领域得到广泛应用，尤其适用于大口径、高工压、高覆土等工程环境。经过近30年的发展，通过国内各PCCP生产厂家的消化吸收和探索，该产品从结构设计、制造工艺、质量控制、生产装备以至施工安装等各方面均日趋完善，已基本形成规范化、系列化服务，标志着该产品在国内已达到技术成熟阶段。但由于各厂家普遍存在技术力量分散、研发能力薄弱、研发投入不足等问题，一定程度上制约着行业的进一步发展，尤其是生产制造方面，自动化程度较低、工序质量控制措施和质量精细化程度不足、技术创新的匮乏等，使得绝大部分新建PCCP生产线与30年前相比，除了规模、效率有所区别以外，其他方面别无二致。此外，国内有关PCCP的专利申报已超过100多项，但真正能够投入现场使用、切实提高生产效率、提高PCCP内在或外观质量的专利少之又少。因此，亟须推进以提升工程质量为前提的PCCP生产技术创新。

青龙管业与设备制造厂家共同研发的“钢筒一体机”

鄂北工程大口径PCCP生产中部分技术创新应用

青龙管业在开工伊始即组织公司技术人员对PCCP生产中的每一个环节进行深入研究，梳理整理出各工序易出现的质量缺陷共71项，作为控制重点，拟定出针对性控制措施，同时优化细化建厂方案，力求每个工艺环节都实施技术创新和优化改造。

◆接口环胀圆实现自动控制

胀圆是对卷制完成后的承口和插口进行尺寸定型，要求钢板中产生的拉应力超过其本身的屈服强度，使钢材完成塑性变形，其直径制作精度需控制在0.1mm以内。以往的胀圆作业需要2人配合，一人操作液压阀手柄，另一人使用π尺测量并通过点头方式指挥液压操作人员，俗称“点头控制”，存在胀断风险，测量人员的安全得不到保障，且不同测量人员间不可避免存在差异，导致承插口尺寸精度难以始终如一。

通过对胀圆机进行改造，使用PLC结合液压缸顶部安装的传感仪对胀圆过程进行控制，经过大量的数据测定和调整，使设备自动完成人工操作的全部过程，操作人员减为1人，胀圆精度大幅度提高，保证了人员安全作业。

◆大直径钢筒出筒、修补、立起实现一体化

鄂北工程使用的是DN3800PCCP，钢筒卷制成型后，需使用吊车、吊带将其吊出制筒机，生产效率低，且人员摘挂吊带存在一定的安全风险。修补完成后，还要使用吊车、钢筒吊卡将钢筒立起，过程中会出现钢筒的大幅度摆动和振动，钢筒自身的大部分重量将集中在承口的局部范围，易造成承口变形、钢筒磕碰等质量缺陷，同时，大幅度摆动形成的冲击极易损坏吊卡、吊杆甚至吊车的起升机构，造成安全事故。

青龙管业与设备制造厂家共同研发了“钢筒一体机”，该设备由机架及行走系统、钢筒托举机构、旋转机构、钢筒翻转机构、液压系统等组成，可实现钢筒的托举出筒、修补旋转和钢筒的平稳翻转，克服了上述的安全、质量隐患，尤其适用于大直径钢筒的生产，有较大的推广价值。

◆混凝土水灰比实现连续自动控制

水灰比是指拌制水泥浆、砂浆和混凝土混合料时，水与水泥的质量比（W/C），是混凝土配合比的一个重要参数。水灰比过大和过小对混凝土强度、和易性、耐久性、裂缝的产生以及混凝土收缩均有较大影响。通常情况下，PCCP管芯生产中依靠严格控制坍落度保证混凝土水灰比。

青龙管业在PCCP生产中首家采用混凝土湿度控制仪来控制混凝土的生产，实时测定混凝土拌和料的含水量，实现了混凝土搅拌过程的自动控制，保证了水灰比的准确性和稳定性，集高效和准确于一体，保证了管芯混凝土质量。

搅拌机内安装的混凝土湿度测量微波传感器Hydro-Mix，可直接对搅拌机内的含水物料进行动态检测，将检测的湿度百分比即时连续地显示在操作系统的显示屏上，同时将检测数据传送到控制系统，通过控制系统动态控制加水量，从而克服生产过程中外在因素对水灰比的影响，动态控制搅拌机内混凝土湿度，实现对混凝土水灰比的精确控制。

◆开发应用喷浆机落料回收装置

立式喷浆机在喷浆过程中有一定量的落料，特别是双缠双喷管道，一次喷浆时需要刮平，会有大量落料，这些落料如果不及时回收利用会变干，需要筛分后当普通砂使用，或者直接废弃，浪费极大。一般情况下，落料回收采用人工作业，工人劳动强度大、效率低，存在一定的延时效应，且使用落地料不当会造成保护层质量降低。

鄂北工程中85%的管道需要双缠，为克服上述问题，青龙管业开发了喷浆机落料回收装置。采用皮带机将落地料回收输送到搅拌系统的上料装置，经自动筛分后及时投入生产，有效克服了上述缺陷，降低了生产成本。

◆PCCP管配件洒水养护实现全时自动化

PCCP管配件的制作周期长，技术要求高，为保证工程需要，大部分管配件需要提前制作，从制作验收到发运出厂的周期长达一个月，管配件衬砌的砂浆层若养护不当或不到位，极易出现空鼓、裂纹等质量缺陷，对产品质量造成损害。目前，国内通常采用人工洒水作为制作过程以及后期养护的技术手段，生产效率低，劳动强度大，在高温、干燥等气候条件下，不能方便快捷地调整喷洒间歇时间，且养护效果受作业人员影响较大，不可避免地存在漏喷、浪费水等现象，不能完全达到工艺要求。

为适应鄂北工程管配件生产需要，青龙管业成功开发了“PCCP管配件自动洒水装置”，该装置采用数字自动控制技术，间歇定时洒水，可以严格按照工艺规程对多个管件的砂浆衬砌层进行喷洒养护，提高了工作效率，保证了产品质量，并且可根据不同的气候条件，快捷调整间歇时间和洒水量。同时，该装置真正实现了洒水养护的自动化，在养护期无需人员值守操控，可有效节约人工成本，避免水资源浪费，实现良好的经济效益。

在鄂北工程的PCCP生产中，青龙管业大量应用新技术、新工艺，解决了承口端面混凝土质量缺陷，采用了双工位钻孔工装、喂料车浇筑管芯、内外模机械化清理、外防腐自动化作业、自动化荷载试验等一批先进适用技术，保证了产品质量和作业安全，大大降低了用工数量，为工程的稳步推进起到了良好作用。

PCCP产业的技术创新应依托重点工程项目的建设，充分发挥大型工程的示范引领作用，在确保工程质量的前提下进行。青龙管业作为行业内的龙头企业，倡导发起了中国PCCP质量创新联盟并担任首届理事长单位，在PCCP行业的发展中，进行了大量技术探索和创新工作，并将其应用于国家重大工程建设，取得了良好的社会效益和经济效益。

宁夏青龙管业股份有限公司）