PCCP在山西省萬家寨引黃工程中的應(yīng)用

山西省萬家寨引黃工程管理局副局長、總工程師賈偉智

提示：山西省萬家寨引黃工程管理局副局長、總工程師賈偉智在首屆全國預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）行業(yè)發(fā)展高峰論壇上介紹了PCCP在山西省萬家寨引黃工程中的應(yīng)用情況，他指出：PCCP之所以在山西引黃工程得到成功應(yīng)用，歸功于業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、制管、安裝承包人的共同努力。首先是業(yè)主重視質(zhì)量，其次是工程設(shè)計標準定位高，第三是項目監(jiān)理嚴格控制質(zhì)量，第四是制管承包人重視對自身質(zhì)量的提升，對自己的產(chǎn)品質(zhì)量負責(zé)。

　　1 引黃工程概況

　　山西省萬家寨引黃工程位于山西省西北部，西起晉蒙交界的黃河萬家寨水庫，南至太原市，北至大同市。該工程是從黃河萬家寨水庫取水，分別向太原、大同和朔州三個能源基地供水的大型調(diào)水工程。

　　工程包括總干線、南干線、聯(lián)接段和北干線四部分，輸水線路總長441.8km，設(shè)計引水流量48m³/s，年輸水量12億m³，其中通過總干線、南干線、聯(lián)接段每年向太原市供水6.4億m3，通過總干線、北干線向朔州市和大同市供水5.6億m3。

　　PCCP最早應(yīng)用于山西省萬家寨引黃聯(lián)接段工程，該工程自南干7#隧洞出口起，至太原市呼延水廠，全長139.35km。其中，汾河水庫以上81.2km為天然河道輸水；從汾河水庫進水塔起，經(jīng)汾河水庫壩下取水隧洞、43.2km PCCP輸水管線、長13.52km的7#隧洞和7#隧洞出口912m輸水箱涵進入太原市呼延水廠進水池，線路長58.15km，采用單管（洞）重力流輸水，設(shè)計輸水流量20.5m³/s。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計，萬家寨引黃一期工程總干線、南干線的輸水時間為每年10月到羿年7月共10個月輸水，而聯(lián)接段汾河水庫以下為全年12個月不間斷輸水，最終規(guī)模每年向太原市輸水6.4億m³。

　　聯(lián)接段PCCP輸水工程于2001年開工，到2002年10月18日引黃一期工程實現(xiàn)全線試通水成功。同年12月18日到12月29日為太原市呼延水廠試運行供水90萬m³。2003年10月26日起向太原市呼延水廠正式供水，已連續(xù)供水近8年，達到了原設(shè)計要求的不間斷供水，運行情況正常。

　　基于PCCP具有的良好性能，PCCP在目前正在施工建設(shè)的引黃二期工程北干線再次得到應(yīng)用。北干線自總干線下土寨分水閘起，至大同市南郊區(qū)墻框堡水庫，線路全長156.54km，包括北干線1#隧洞，長43.67km；PCCP輸水管線2段，全長112.87km；調(diào)節(jié)水庫4座，總庫容3769萬m³；地下泵站1座，總裝機容量8500kw。近期工程向大同、朔州年引水2.96億m³，設(shè)計引水流量11.8m³/s，遠期向大同、朔州年引水5.6億m³，設(shè)計引水流量22.2m³/s。

　　北干線2008年9月22日立項，設(shè)計工期為4年。2009年2月27日北干線開工儀式后，省政府提出了“三年通水到大同”新的目標要求。按照這一新的要求，通過資源優(yōu)化，在管廠原總體布置不變的基礎(chǔ)上通過增加一臺纏絲機、一臺噴漿機方法來提高生產(chǎn)能力，年生產(chǎn)PCCP達83km，月生產(chǎn)強度達到10km。2011年4月25日已全部完成北干線PCCP管生產(chǎn)任務(wù)。PCCP管道安裝于2009年8月底開工，截止2011年4月30日已經(jīng)完成109km管道安裝，預(yù)計于2011年5月底完成安裝任務(wù)，9月份將實現(xiàn)通水到大同的目標。

　　2 PCCP在引黃工程的應(yīng)用

　　2.1 聯(lián)接段工程

　　聯(lián)接段工程汾河水庫壩下洞至掃石3#減壓閥室長43.2km的區(qū)間采用PCCP單管輸水，管線沿汾河谷地布置，沿岸山地地形復(fù)雜，管線穿過總長度7.9km的6條隧洞，穿越汾河主河道11次，穿越古交供水管13次，穿越太鋼尖山鐵礦精礦粉管10次，穿越鐵路大橋4處、公路橋2處以及城市供水管道、熱力管道、煤氣管道及各種電力電纜近50次，線路折點多達130余處，施工難度非常之大。

　　引黃一期聯(lián)接段工程采用的PCCP內(nèi)徑為3m，單根長5m，重30t左右，管道設(shè)計壓力0.6～1.0Mpa，覆土厚度2～8m，當(dāng)時是國內(nèi)首次采用的口徑最大、線路最長、工壓最高的引水工程。

　　PCCP采用美國ANSI/AWWAC304 標準設(shè)計、ANSI/AWWAC301標準制作。在國內(nèi)首次對用于PCCP制作的原材料、工藝、檢測標準等進行了嚴格要求，使得我國自行設(shè)計、生產(chǎn)的PCCP達到國際同類產(chǎn)品質(zhì)量標準。

　　聯(lián)接段PCCP輸水工程原采用國際競爭性招標，因在授標問題上與世界銀行無法達成一致意見，在拒絕了所有國際承包商的投標書后改為國內(nèi)競爭性招標。PCCP供應(yīng)分為兩個標段，分別由無錫華毅管道有限公司和山東電力管道工程公司中標；建筑安裝兩個標段，分別由水電十一局、江蘇天目安裝公司組成的利晉聯(lián)營體及水電三局中標。

　　PCCP供應(yīng)標于2001年5月4日簽訂合同，7月3日生產(chǎn)出第一根樣管，經(jīng)過型式試驗后，開始PCCP批量生產(chǎn)，2002年8月21日全部生產(chǎn)完成并通過鐵路運輸至古交屯蘭貨場，較合同提前40天完成供應(yīng)任務(wù)，為管道安裝及通水目標的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。建筑安裝標于2001年7月開工，9月5日開始第一節(jié)管道安裝，2002年8月30日完成最后一根管道安裝。2002年10月18日引黃一期工程實現(xiàn)全線試通水成功，較合同工期提前28天。

　　2.2 北干線工程

　　北干線1#隧洞出口后全部采用P C C P 管道輸水,主線長112.87km，朔州支線長1.05km，1#隧洞出口煤礦采空區(qū)洞段洞內(nèi)安裝PCCP管道1.65km，總長115.57km。北干線工程采用了DN320 0、DN220 0和DN20 0 0三種內(nèi)徑的PCCP，最大工壓1.6MPa，最大覆土厚度8m。

　　北干線PCCP項目，共分為5個標段，1個管道采購標，4個安裝標。通過國內(nèi)競爭性招標，由北京河山引水管業(yè)有限公司承擔(dān)PCCP管廠的建設(shè)及所有管道的設(shè)計、制作和運輸任務(wù)；葛洲壩集團股份有限公司、北京韓建集團有限公司、中國水電第三工程局、山西太水市政工程有限公司4家施工單位分別承擔(dān)了PCCP安裝I標、II標、III標、IV標建筑安裝任務(wù)。

　　3 PCCP在引黃工程應(yīng)用的幾個特點

　　3.1 首次在國內(nèi)采用國際標準嚴格控制PCCP質(zhì)量

　　我國于80年代末就引進PCCP生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，但直到90年代末還沒有真正用相關(guān)檢測標準對關(guān)鍵性原材料的某些特性進行必要的質(zhì)量控制。

　　引黃聯(lián)接段PCCP工程廢除國際標改為國內(nèi)競爭性招標后，世界銀行部分專家認為中國生產(chǎn)不出高質(zhì)量的大直徑PCCP，國家發(fā)改委、財政部及山西省政府等對該工程非常關(guān)注，工程目標就是一定要生產(chǎn)出國際一流的PCCP管道，為中國人爭氣。聯(lián)接段工程PCCP的設(shè)計、制作、原材料、檢驗等標準完全采用國際標準，對美國原材料規(guī)范和國標進行分析對比，對國標（GB）和美國標準區(qū)別之處，通過分析一般選擇更嚴格的規(guī)定，通過選派技術(shù)骨干和管理人員到國外學(xué)習(xí)、調(diào)研及聘請國際咨詢專家進行技術(shù)咨詢后所形成合同文件技術(shù)條款在國內(nèi)是最全面最嚴格的。

　　首次對高強鋼絲按照要求進行氫脆性靈敏度試驗和扭轉(zhuǎn)試驗，目前《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》（GB/T5223-2005）和《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》（GB/T5223—2002）仍未要求對鋼絲做氫脆性靈敏度試驗，有些工程招標文件也沒有要求。國標《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》GB/T5223在2002年修訂時通過對引黃工程調(diào)研后才增加了鋼絲扭轉(zhuǎn)特性控制指標。

　　預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞于管芯之后，水泥砂漿保護層就是關(guān)鍵，因為它的密集性、抗?jié)B性和強度都和鋼絲抗腐蝕密切相關(guān)。

　　2000年以前，各管廠對原材料和保護層均執(zhí)行建材行業(yè)標準《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》（JC625-1996）。在山西省萬家寨引黃工程中，認真研究了《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土壓力管》ANSI/AWWAC301、C304及制管原材料中國標準（GB）與美國標準之間的差異，在招標文件技術(shù)條款中對水泥要求除執(zhí)行《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175—99外又增加了堿含量和鋁酸三鈣(C3A)含量的控制指標，對水泥砂漿保護層吸水率試驗方法及指標提出了更高的要求，有效地提高了PCCP的質(zhì)量和耐久性。

　　由于做了大量的工作，如，預(yù)應(yīng)力高強鋼絲的扭轉(zhuǎn)試驗、氫脆性試驗，水泥的堿含量、鋁酸三鈣（C3A）、水泥砂漿保護層含水量控制、標準PCCP型式檢驗等。使得國際PCCP專家看了引黃聯(lián)接段工程PCCP的外表質(zhì)量和檢驗、試驗全部資料后，認為該工程PCCP完全達到了國際先進水平。

　　3.2 在引黃聯(lián)接段工程首次將大直徑PCCP應(yīng)用于高水頭、大流量、長距離輸水管道工程

　　上世紀末以前，PCCP在我國還沒有被廣大業(yè)主和技術(shù)人員所接受，引黃聯(lián)接段PCCP輸水工程，首次將工壓1.0MPa、DN3000PCCP運用于43.5km輸水管線工程，輸水流量20.5m³/s，在當(dāng)時為亞洲最大的PCCP輸水工程。