[发明专利]采用纵向钢丝控制断丝影响范围的PCCP管道及其制造方法

说明书

本发明提供一种采用纵向钢丝控制断丝影响范围的PCCP管道及其制造方法，属于管道结构技术领域。在PCCP管道生产过程中，当完成环向预应力钢丝缠丝作业后，通过应力发生装置沿管道轴向敷设纵向钢丝。随后，再利用高性能粘结材料对纵向钢丝与环向预应力钢丝搭接点进行粘合，待粘结材料充分干燥后再进行辊射砂浆和沥青防腐层作业。本发明具有如下特点：纵向‑环向钢丝系统具有更优良的协同工作性能，当环向预应力钢丝断裂后，在纵向钢丝的拖拽下，环向预应力钢丝的预应力损失能够被有效地控制在纵向钢丝布置的范围内，使得管道在断丝附近仍具有一定的承载能力。本发明适用于内衬式或埋置式PCCP管道，并具有施工简便、造价较低等优势。

技术领域

本发明属于PCCP管道结构技术领域，具体涉及一种采用纵向钢丝的拖拽作用有效限制环向预应力钢丝断裂后的影响范围的PCCP管道制造方法，还涉及一种新型的PCCP管道。

背景技术

预应力钢筒混凝土管(Prestressed concrete cylinder pipe，简称PCCP)是一种新型复合多用途管材，目前已广泛应用于各种长距离引调水工程建设中。传统的PCCP结构可分为内衬式和埋置式。内衬式PCCP是由钢筒和混凝土内衬组成管芯并在钢筒外侧缠绕环向预应力钢丝，然后制作水泥砂浆保护层而制成的管体。埋置式PCCP是由钢筒和钢筒内、外两侧混凝土层组成管芯并在管芯混凝土外侧缠绕环向预应力钢丝，然后制作水泥砂浆保护层而制成的管体。环向预应力钢丝能够对混凝土管芯产生均匀的压力，从而使得管道能够抵抗由内水压及外压作用下产生的拉应力。

PCCP在运行过程中有可能会由于设计、制造、施工及环境腐蚀等各方面的因素导致环向预应力钢丝发生断裂，造成断丝附近砂浆保护层和混凝土管芯出现裂缝。随着断丝附近的受力条件不断恶化，同一区域可能还会出现多处环向预应力钢丝断裂，从而进一步降低管道承载能力，极易造成爆管等灾害性事故。PCCP的爆管除了会导致管道供水中断之外，还会引起洪灾以及公共安全事故，造成十分重大的经济损失。

目前，工程界对发生断丝后的PCCP管道修复加固技术开展了大量研究工作，并提出了外包混凝土法、换管法、外贴纤维增强复合材料法等补强加固措施。然而，上述方法通常需要对PCCP断丝管段的覆土进行开挖，然后再对断丝部位进行补强加固处理。传统的处置方法存在施工步骤繁琐、工作量较大、修复成本较高等特点。中国专利CN208519336U《一种新型的PCCP结构》公开了一种沿环向在混凝土管芯的内外壁内侧各布置一层纵向受力钢筋的新型PCCP结构形式。该发明通过增加纵向钢丝的方式以控制环向预应力钢丝断裂后的影响范围，从而保证断丝后的管道仍具有一定的承载能力，为预防和控制断丝提供了一种提前处置的方法。

然而，该方案仍然存在以下主要问题：(1)纵向钢丝与环向预应力钢丝并未形成一个整体的受力系统，环向钢丝与纵向钢丝无法协同变形受力，共同抵御荷载；(2)纵向钢丝的材料性能没有得到充分发挥，遏制断丝影响范围的效果并不显著；(3)纵向钢丝布设的数量较多，然而该结构形式仅仅增加的是管道轴向方向上的刚度，对切向和环向上的刚度贡献较小；(4)增设较多的纵向钢丝会对环向预应力钢丝在受内外压作用下的变形和发挥承载功能造成限制作用，对管道的整体柔性造成不利影响；(5)布置大量的纵向钢丝导致管道的制作成本相对较高，且总体重量增加，不利于大范围生产、推广及应用。

基于此，当前亟需考虑对PCCP结构进行进一步的优化设计以实现纵向-环向钢丝系统具有更优良的协同工作性能，从而可以充分发挥纵向钢丝的材料性能，使其在环向预应力钢丝断裂后承担部分荷载，更进一步地遏制断丝的影响范围并减少新型PCCP结构的造价。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种优化纵向-环向钢丝的协同工作性能，并使纵向钢丝在环向预应力钢丝断裂后承担部分载荷，以实现对于断丝的影响范围有效遏制的新型PCCP管道的制造方法。

本发明的目的之二在于提供一种能够有效控制环向预应力钢丝断裂后的影响范围并减少造价的新型PCCP管道。