河南省南水北调供水配套工程pccp管止推设计初探

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1、河南省南水北调供水配套工程PCCP管止推设计初探马俊青MAJun-qing（河南省水利勘测设计研究有限公司，郑州450016）（HenanPa。沿程布置进水池1座，穿越工程22座，阀件井129座，镇墩196个，现地管理房6处。2011年4月29日，配套工程已开工建设。2止推设计的必要性许昌市17号输水管道（PCCP）总长61.65km，管径为DN2400、DN2000、DN1200三种，全线水平拐点86个，最大转角89°，竖向拐点50个最大转角9.46°，检修、控制阀30个，管道设计最大内水压力1.0MPa，管顶以上最大覆土10m，在大角度平面和竖向转角处最大推力900t

2、左右，这么大的推力必须采取止推设计。止推设计的合理与否对配套工程施工进度、工程造价、正常运行等都具有很大的影响。3推力分析压力管道的推力主要包括由于管道内水压力而产生的静水推力及由于水流动量变化产生的动水推力，通常情况下，大部分输水管道运行时水流流速相对较小，动水推力不显著，如：本工程水流流速为1.33m/s，其动水推力为2.03kN。所以推力计算时通常忽略动水推力。推力的大小主要与管道接头处内水压力和截面面积有关，对于弯管还与转角大小有关，其数值可用下式确定，推力示意图如图1所示。4止推设计输水线路中的推力与管径的平方成正比关系，止推力方向与推力相反，大小相等且满足规范

3、规定的安全系数。通常标准管偏转一个小角度所产生的推力是非常小的，一般不需要额外的止推限制，所以在管线布置上可以把弯管角度分散到几处，使弯道半径加大，利用小偏转角处管道的锁定功能，使不平衡推力消失，则可省略止推结构。作用在大转弯半径的水平弯管段接头上的推力T由于管道顶部和底部的摩擦阻力来抵抗，总摩擦力与推力数值相等，方向相反。满足下式时，不需要限制设施。受力分析如图2所示。对于带胶圈接头的标准管及斜口管由于转角引起的推力可以靠管道自重或自重引起的摩擦力来承受，一般不需另外的止推措施，而对于配件，由于其推力比较大，如果不采取措施，轴向力会拉开PCCP柔性接头，造成漏水或更大的

4、事故，所以对配件本身，可以靠两种途径来抵抗推力，一是靠配件自重、水重、覆土重或其引起的摩擦力，二是配件周围的土体的被动抵抗力，而当这些止推力不足以平衡推力时，则必须增设止推装置，在国内通常的做法是设镇墩，采用传统的增设镇墩做法一方面会增加投资另一方面也会对工期造成影响，且在一些转弯处还会受到地形、地下管线、地上建筑物的限制，不具备设置镇墩的条件，在设计过程中主要采取了以下几种止推装置，一是采用限制接头，二是增设镇墩，三是采用联合止推型式，下面对这三种止推方式分别加以介绍。4.1限制接头止推方式限制接头止推方式就是将相邻管道的接头固定在一起的方法来抵抗配件处的推力。采用这种

5、方法连接的管道称作限制管道，接头称作限制接头。这种方法可在配件每一侧将数个接头限制在一起，从而增大了限制管道的摩擦力以抵抗推力，国内第一次应用铠装管的工程为山西万家寨引黄联接段工程。限制接头主要有焊接式和机械式，其中焊接式分外焊式和内焊式两种，在实施过程中一个最大缺点是会加大现场工作量，且有可能烧坏胶圈；机械式有夹钳式铠式连接、承口螺栓式连接和卡环式连接。许昌市17号口门管线采用PCCP管材，由于管径较大，管线在进行检修时，必须将上端检修阀关闭，放空下端管道内存水，此时阀件井上端将承受较大内水压力，巨大的水平推力通过阀门传递到阀室，仅靠阀井本身的自重难以抗滑，如采用阻滑板

6、则工程投资较大，施工进度也比较慢。而PCCP管可采用限制性接头来承受该推力，在阀件的每一侧将数个PCCP管的接头限制在一起，利用限制长度范围内的管重、水重、覆土重的产生的摩擦力来抵抗配件处的止推力。阀门每端限制管段长度用下式计算。对水平弯头、推力向上的垂直弯头、封头等计算公式和此类似，如图3所示。计算公式：国内第一次应用铠装管的工程为山西万家寨引黄连接段工程，由于联接段输水线路地形及周边环境条件复杂，弯头、检修阀较多，如果全部采用混凝土镇墩或止推镇，不仅工程成本加大，而且施工速度也很慢。2002年无锡华毅管道公司为此工程专门进行了铠装接头试验，试验非常成功，铠装接头的位移

7、和变形在一定的范围内是可以控制的。4.2止推墩止推方式镇墩设置应通过管道稳定计算来确定，管道自重和水重产生的摩擦力大于所需抵抗推力的，不需设置镇墩，否则均需要设置镇墩。止推墩的设置一方面同传统意义的镇墩作用相同，即可以增加配件处的自重、上覆土重量，从而可以增加摩擦力，摩擦系数的选择根据土壤类型和管道外壁的糙率来确定，通常取值范围为0.25～0.5，对于竖向弯头的下弯头及水平弯头可通过加大支撑面积，以增加配件的抗侧移能力，对于止推墩的尺寸可根据土体的承载能力进行按下式确定。①水平镇墩稳定计算。4.3联合止推方式联合止推也就是限制