南水北调超大钢筒混凝土管道结构安全评价.pdf

第4期 水 利 水 运 工 程 学 报 No.4 摇 2009年12月 HYDRO鄄SCIENCE AND ENGINEERING Dec. 2009 南水北调超大钢筒混凝土管道结构安全评估 胡 少 伟1,2 (1. 南京水利科学研究院, 江苏 南京摇 210029;2. 水利部水科学与水工程重点实验室, 江苏 南京摇 210029) 摘要:我国从2006年开始首次把直径4 m 的超大预应力钢筒混凝土管道(简称PCCP)用于南水北调中线京石 段供水工程中.基于PCCP结构安全使用100年的要求,针对南水北调中线PCCP项目遇到的管芯裂缝和预应力 松弛等对结构安全影响如何评估的技术难题,采用现场实体管道试验(裂缝PCCP抗裂外压承载力试验、PCCP 现场断丝原型试验、预应力钢丝松弛PCCP 内水压承载试验)和非线性有限元数值模拟等方法对PCCP结构的 承载能力进行了系统分析研究.结果表明:管芯出现一条或少量细小裂纹,不需修补或用水泥净浆涂刷即可;较 宽的裂缝,可按规定程序进行修补;出现多条纵向裂缝、或环向裂缝长度超过周长的裂缝、或出现十字交叉裂缝 的管芯为废品管.预应力钢丝作为PCCP 的主要承载体,应确保钢丝质量,避免断丝.有关部门基于研究结果和 提出的工程处置建议,并借鉴国外先进国家PCCP制造厂商经验,对工程中已经出现裂缝的PCCP进行了全方 位安全评估,对不满足管芯外表面裂缝控制要求的管道进行报废处理(该工程共计报废35根),以满足工程安全 需要;对一些裂缝影响较小的PCCP可用在埋深较浅的地段,从而节省了工程成本.最后阐述了下一步需继续研 究的工作. 关摇 键摇 词:预应力钢筒混凝土管道;抗裂外压试验;断丝;预应力松弛;塑性损伤模型 中图分类号:TV332.3摇 摇 摇 摇 文献标识码:A摇 摇 摇 摇 文章编号:1009-640X(2009)04-0074-09 我国是一个水资源比较贫乏的国家,地区间水资源分布严重不均衡,随着国民经济的快速发展,缺水已 成为制约其发展的主要因素,特别是一些工业城市.在全国670个城市中,有400 多座存在不同程度的缺水 现象,108座城市严重缺水.随着国民经济实力的不断加强,国内大中城市不得不采取长距离引水,南水北调 就是在此背景下应运而生的跨流域调水工程.该工程是人类运用现代科学技术,改造自然,改变人类生存环 [1] 境,保护生态平衡和促进经济发展的伟大壮举 . 1999年以来,北京市连续遭遇干旱,水资源短缺,供需矛盾日益突出,密云、官厅两大水库蓄水量锐减. 为确保南水北调工程进京之前北京市供水安全和2008年奥运会的举办,水利部提出了结合南水北调中线工 程京石段建设,将沿线河北省境内的西大洋、王快、黄壁庄和岗南四座水库作为北京应急备用水源的方案.可 实现调用河北省水资源供北京市应急使用.总干渠建成与西大洋和王快水库连接工程,南水北调分两期向北 3 京供水,2007年京石段工程建成后可每年应急调水3~5亿m ,能全线自流输水至团城湖向北京市第九水厂 3 供水;2010年全线贯通后年调水10亿m .南水北调中线京石段应急供水工程的实施,可实现在南水北调中 [2] 线工程全线通水前向北京应急供水,对保障北京市供水安全和奥运会的成功举办具有重要意义 . 对于南水北调京石段工程建设,选择什么样的长距离大口径输水管道,将直接影响着工程的投资和工程 寿命. 目前,国内外采用的压力输水管道主要有以下几种:预应力钢筒混凝土管、预应力混凝土管、钢管、铸铁 管(球墨铸铁管)、玻璃钢管和纤维增强树脂砂浆管,后二者最大直径可达5 m,但价格较高,在输水管路上一 摇 摇 收稿日期:2009-07-03 摇 摇 基金项目:国家“十一五冶支撑计划(2006BAB04A04);