沈之基

　　摘要：PCCP在中國經過艱難的發展初期,已進入了大發展時期；在大發展的大好時機面前，應注意來自用戶方面的不同意見，應從玻璃鋼管、暗渠等管材在中國的興衰歷程中吸取教訓，注意PCCP的產品質量，把握好PCCP的工程應用特性；要對鋼管應用給以一些注意，開展必要討論，今后不會再遺憾。
　　關鍵詞：PCCP, 玻璃鋼管，暗渠，現澆預應力混凝土矩型管，成品鋼管，滑入式接口，柔性接口，

0.前言

　　大工程前期，不同意見的充分討論，常?？梢匀〉昧硪环N的更好結果；大工程的示范作用，可以誤導或推進整個行業的發展進程；因此，在PCCP大發展時期，筆者提出要注意來自美國大用戶的不同意見，要從國內一些管材的興衰經歷中吸取教訓，防止過分熱情而走過頭；注意PCCP的產品質量，把握好PCCP的工程應用特性; 同時指出，鋼管在我國由于應用經驗少，所以造成設計保守而造價較高，應對鋼管給一點注意，開展必要討論，今后不會有遺憾。

1.艱難的發展初期

　　80年代初，在改革開放的方針指引下，封閉的思想開了口子，國外技術先進性重新得到認可，種種先進技術信息通過各種通道進入中國；國外已成功應用了幾十年的PCCP技術也逐漸進入人們視界；由于歷史的原因，當時從國外引進技術的操作難度還較大，所以行業中的最敏感的一些先行者，只能以非常小的步子進行開拓、探索工作，南京、上海的企業家依靠在預應力混凝土壓力管上積累，自行研制DN400、DN1200的PCCP; 88年DN400的PCCP成功地用于一個小水電站的高壓進水管；89年試制成功DN1200的PCCP并在一個城市供水管網中生產性應用；這些先行者的努力，為PCCP技術的引進作了很好的鋪墊。
　　隨著開發方針的展開，從國外引進技術的機會逐漸形成，在89、90年間，在水電部的指導和支持下，山東一家公司先開始引進美國的PCCP技術和設備，具備了生產DN1400～3400的PCCP的能力；之后很快國內就有了三、四家能生產DN1400～4000的PCCP公司。
　　雖然PCCP在較大的口徑、特別是在DN2500以上更有競爭優勢，但在開始的十來年中，大口徑PCCP在國內未能順利展開；大口徑PCCP的工程應用不僅僅是技術上的可行問題，大工程的決策責任常有更重份量，在技術專家認識了之后，還要相應層面的決策領導接受，這是一個需要一定時間的過程；在這個有點漫長等待中，這些PCCP公司不得不調整思路，重新開發生產DN800～1200的較小口徑產品，以此維持公司運行；這是一個艱難的發展初期，其中有一家公司曾有破產被收購的經歷。

2.引黃工程的示范作用－－PCCP大發展

　　隨著時間推移，一些不長的大口徑PCCP工程的積累，PCCP在引水工程上應用的時機逐漸形成。2001年，山西引黃工程42公里的DN3000壓力管線, 在種種積極因素的推動下，決定采用PCCP . 這個工程應用案例，產生了極大的示范作用，就一、二年間，中國大地一下子就有了幾十個PCCP生產廠；這當然同十年來技術得到消化，需要的投入大大降低有關。開始引進時，一個生產廠要投入1～2億元，；引進部分關鍵設備，僅這一塊也要5000萬；而現今，同樣能力的一條生產線，1000萬就可，而原來有生產預應力鋼筋混凝土壓力管的公司，化1～200萬添些接口制作設備，也能生產PCCP, PCCP行業進入了大發展時期。
　　在大發展的形勢下，走在前面的PCCP企業家已經敏感地感到了中國管材發展通病在PCCP行業上的潛在危機；一種管材一被看好，就會有許多人拼命上，接下來的結果就是低質量、低價格的惡性競爭，再后面就是，國外的好東西在中國就成了“雞肋”，食之無味，丟之可惜。2002年，有實力的PCCP公司已開始注意具有入門門檻、能適應更大范圍競爭的柔性接口鋼管了。
　　2003年下半年，多年來一直說要動的南水北調工程啟動，PCCP成了壓力輸水管線的最優選擇甚至是唯一選擇，一些開發商、投資人都似乎手中有幾年的定單，大量投資涌入PCCP開發；最近完成DN4000的PCCP試制的不是有十余年資歷的老公司，而是一個剛出生的新公司。PCCP發展的黃金期的形成，淡化了中國管材發展的通病危機。。

3. 黃金期的忠告

　　在這個黃金期，筆者要說一些另類的話；PCCP現在在我國有很好的聲譽，有極好的發展空間，越是形勢大好，就更要腳踏實地地認真對待不同意見。
3.1 來自美國的另一種聲音
　　不僅要聽開發商的話，更要聽聽來自應用PCCP的業主的話。筆者在96年考察美國加里福尼亞州的引水工程時，水資源部的工程部長，一位資深的技術專家說，美國的PCCP標準有缺陷，要用PCCP, 應考慮他的經驗，他可以提供更好的技術；這位部長給了我們一份94年在一條內徑11英尺（大約為DN3400）的PCCP管線上發生的爆裂事故的文件，有幾十幅照片，這里將其中一幅傳給大家參考（圖1）。從這個文件知道，PCCP主要的事故模式是爆裂；爆裂是因高強度鋼線斷裂引起的；鋼線的斷裂，腐食是一種主要原因，還可能有其他的產生原因；事故處理較麻煩，就這一節爆裂管用了二個多星期；在修復期間還發現了多處鋼線斷裂、鋼線腐蝕的隱患，其中有一處，已有幾十根鋼線斷裂, 隨時有爆裂發生可能。美國這位部長的意見應不是特例，早在70年代，美國自來水協會會刊上介紹美國幾個大城市供水主管線的應用經驗的文章中，對PCCP也有類似的說法^（3）。
3.2 玻璃鋼管、暗渠在中國的教訓
　　在對PCCP一片叫好聲中，業主、設計院要冷靜。PCCP是一個好的產品，但這不等于所有的PCCP一定都是好的；鑒定時好、試制時好不等于批量供貨時都好；要掌好產品質量關，要把握好PCCP的工程應用特性。
3.2.1 玻璃鋼管曾有點走過頭
　　筆者對國內一些玻璃鋼管開發商的努力非常欽佩，他們推廣應用玻璃鋼管的工作，作得比國外的老師還強。但應該說這不是好事，是有點走過了頭的過分之舉。GRP材料的特點是耐蝕性特別好，但強度、彈性模量同鋼相比要低的多兩者相差約一個數量級；對大口徑埋設管線來說，承受的荷載中，外壓所占比例相當大，常較內壓還大，管體承受的應力就非常大，因此，玻璃鋼管是不宜作大口徑埋設壓力管線的；國外玻璃鋼管用于大口徑壓力管線的工程案例較少，比較多的應用是受力相對較小、水的腐蝕性較強的排放管線。國內在較小口徑的壓力管線上應用玻璃鋼管得到成功后，就將它推上了較大口徑的壓力管線，未充分考慮到因口徑增大而在管線強度特性上出現的質變；再加上叫好聲中對質量的粗放難免，結果不少DN1000以上的玻璃鋼管引水工程出現問題，甚至推到重來案例；又如，前些年，一家玻璃鋼管開發商說，玻璃鋼管光滑，摩阻系數是0.0084，技術經濟比較時可以取低一擋的口徑。結果有些供水工程的管材比選時，玻璃鋼管就用小一擋尺寸參與，玻璃鋼管由此得以勝出。工程投入運行，就發現輸水能力不像說的那樣高。實際上，這個0.0084是不具有工程中采用的效力的，是在一段不長的較小口徑玻璃鋼管上作出來的，數據不多且非常離散，完全全不能代表大口徑特性；再說，各種合格管材的輸水表面，通水運行幾年后，管內壁將都是一層“薄泥漿”， 摩阻趨于接近。國外就沒有可以取低一擋的口徑進入技術經濟比較的規則。
　　總之，在玻璃鋼管的應用范圍和輸水能力方面，開發商有點不切實際地高估，期望值超過了玻璃鋼管的實能力，所作的努力實際上只是一種美好愿望；業主、設計院跟進，結果“好果子”大家吃。
3.2.2 暗渠用于壓力輸水是一個大遺憾
　　80年代初，天津、上海等大城市的供水系統就產生規模在每天100萬或幾百萬立方米的引水需要，這些工程都采用了現澆鋼筋混凝土矩形管（以下稱暗渠）?，F今，這些暗渠正在運行中，承擔著重大的輸水任務，但就其性能表現來說，應該說是非常之差的，幾十公里的輸水距離漏失水量就達10％以上，是相應成品管線的數十倍以上。這是必須支付的學費嗎？筆者有幸參與了一些這樣的工程，多年積累的種種信息給出的一個感覺是，如果當時工作能稍務實一點點、討論能稍深入一丁丁，決策的天平就會是倒向另一邊，就會是另一種較好的結果。
　　這些工程的管材選用，當時也作過技術經濟的比較工作。最初，就暗渠同鋼管作比選。當時的技術比選結果是：兩者各有自己的優缺點，都是大流量輸水的可行方法。在經濟面的比選上，又將鋼管造價作得較高，單位輸水能力的鋼管造價是暗渠的一倍以上。這樣的比選操作，在設計院的一篇總結性的論文中有非常清晰的表達^（1）。領導決策時，在性能相同、造價相差一倍以上的報告前，自然是沒有什么問題再需要考慮了。
　　回過頭看當時的技術經濟比選是未及要害且有點膚淺；就技術面看，鋼管的連接是焊接或膠圈密封，暗渠的連接是止水帶；前者的水密機制是金屬的融合或膠圈受壓反彈，能承受較高的、各種類別的負載以及不均勻沉降的考驗，性能安全可靠，而且制作的合格率又極高；后者的水密機制是混凝土同橡膠的粘合，這樣的配合稍受拉力就會脫開；特別是制作工藝是現場混凝土澆搗，合格率較低，存在局部缺陷是不可避免的，這是公知公認的。因此，暗渠同鋼管在安全運行、壽命、維護等等方面是完全不在同一層面上的構筑物。這樣的說法，在現今人們可以很自然地接受，可是，當時并未能產生效力。個人認為，這階段的操作，可以認為是受歷史條件的制約，認識尚未能深入的結果，是前進中的自然。
　　暗渠以承壓方式運行幾年后，表現是非常之差的，同開始論證時的期望表現完全不一樣，連接處的損壞和漏水程度是成品管線的幾十倍；可是，由于我們的報喜不報憂的習慣，喜歡介紹經驗而害怕總結教訓的習慣，科學的責任機制尚未形成，所以化了大量工程投入和多年時間才取得的、有最強證明力的事實，沒有機會及時公開披露，以致建設中也沒能及時中止應用暗渠；相反，在一些更高工作壓力的引水工程中也應用暗渠，在90年代又作了許多暗渠作壓力輸水的引水工程；這些暗渠工程現今也都以漏水量為成品管線幾十倍的狀態運行，造就了我國大流量壓力輸水技術發展的最大遺憾。暗渠這階段的非常發展是理智服從于習慣，過程中任何層面的領導、專家，工作稍再務實一點點，就可能是另外的一種結果。
　　再回過頭了解一下國外情況。
　　國外沒有暗渠用于長距離壓力輸水的成功案例。
　　日本的共同溝設計手冊中，同我們所說的暗渠在結構完全一樣的構筑物，僅用作放置各種管線的共同溝，是不承受內水壓的；我們在地基不良處，為應對不均勻沉降所作的強化措施，在手冊中僅作為伸縮補償之用，明確規定，對于不均勻沉降，應再做其他的應對措施。我們在承受內水壓、適應不均勻沉降二個要點上，都對暗渠給了不應承擔的過分責任，是超出國外相關規范的大膽之舉；將暗渠用于壓力輸水上，確是有點輕率的。

4.成品鋼管在引水工程中的潛力

　　在美國，各個大城市的大口徑輸水管線采用的管材是不一樣的，有的城市幾乎全部用鋼管，有的城市幾乎全部用PCCP, 也有城市兩者都用^（3）；因此，我們也應該對鋼管給于一些注意。同美國相比，我們在大口徑輸水鋼管應用經驗太少了；應該投入一些力量，將美國的鋼管應用實踐好好的調查一下，看看哪些經驗對我們有用。
　　由于我們少有經驗，在設計思想上就不得不保守一些，將管壁設計得較厚，以求穩當，這樣自然鋼管的造價也就較高。我們要在壓力輸水技術大發展的時期，抓著時機，對鋼管作些工作；我們是后來者，后來者有先行者不可能具有的機會；美國鋼管的柔口技術是五十年之前就發展定型的，我們可以將近二十年才在球鐵管上取得成功的新接口技術，擴展到鋼管上去。在這里我要向大家介紹我近年來在成品鋼管上所作的努力^（4）。
　　以滑入式接口為核心技術的鋼管，敷設時就如球鐵管、玻璃鋼管一樣方便，只要插口插入承口就完成連接操作。原來鋼管敷設工作中的大部分工作：溝槽內對接焊接、焊縫處內外防腐、陰極保護裝置建設等等都不再需要，都轉移到工廠內完成，質量提高而費用下降，這樣的鋼管就成為一種價格性能比非常高的新管種,這新個管種也就是成品輸水鋼管^（4）。
　　當輸水鋼管以成品化鋼管姿態出現時,將表現出極高的競爭力。
　?。?） 安全性高，壽命長。
　　全部焊縫在工廠內完成,管線不會再有不合格焊縫；
　　管節間連接是膠圈柔性接口，鋼管線失效的主要原因得到排除,管線強度特性大大提高；
　　陰極保護單元化技術的采用，保證鋼管自埋設一刻起，外壁始終處于有效的電化學保護中；
　　內防腐層也全部在工廠完成，施工環境條件有保證，內表面有條件作到玻璃鋼管那樣光滑、完整；
　　這些技術特點同上海的已運行70 ～80 年的輸水鋼管線的技術特點相對照，成品鋼管均高了一招，所以可認為成品鋼將較上海的在役鋼管有更長的使用期，可以有100年的壽命。
　?。?） 用材料少,成本低。
　　當進入成品鋼管階段，就可以放心地按我國鋼管建設的優秀成果－－市政給水鋼管的結構設計方法^（6）、采用合理厚度，鋼材的強度特性可以充分發揮, 此時，鋼管單位長度重量是球鐵管的一半上下，同玻璃鋼管相當。輸水鋼管能這么輕是很難想象的，但有足夠的技術支持證明是可行的話，那競爭力是強大的。
　　（3） 設備投入費用少，管材易得到；管材重量輕, 易采用
　　當以市場鋼板為原材料時，一條生產線就可以生產DN800～3000范圍內各種口徑的成品鋼管，設備投入300～400萬就可； 較少的設備，就為在工程地附近建設移動車間提供了可能與方便。大口徑管材運輸難的問題可以避開,適用工程的范圍就大大擴展；重量輕,單位長度重量同玻璃鋼管相當,吊裝機具級別就可較低，施工也就方便; 且回填要求又較玻璃鋼管低。成品鋼管將是施工期最短、施工費用最低的新管種。
　　總之，以滑入式接口為核心技術的成品鋼管，不僅性能高，價格低，而且易得到，易采用。鋼管在輸水管材中的地位將會由此而重新排定。
　　經過多年努力，2003年底，用規模生產的工藝和設備試制DN2400的Y型柔性接口鋼管完成；這表明，該項技術已經不僅僅是理念，也不僅是一項設計, 是已經由實踐證明了的性能可行、規模生產可操作的一項可應用技術，上了具備工程應用能力的臺階。（圖5 ：DN2400鋼管在作水壓試驗，含有二個Y型接口 ，是用輾軋成形、擴張定尺的工藝路線，在平端鋼管上直接完成的）鋼管廠、PCCP管廠只要接受成品鋼管的理念，不需要增添大設備，就可以生產成品鋼管。

5.一個供討論的鋼管設計

　　按成品鋼管的理念，這里提出一個鋼管設計，請大家討論。
　　設計內徑：I D = 4.0M；
　　設計壁厚：t＝16毫米；
　　管長：每節6～12米；
　　連接技術：“Y”型柔性接口；
　　外防腐：參照美國標準AWWA C210 “用于鋼水管內外的環氧媒瀝青防腐系統”；
　　內防腐：優先考慮采用聚合物水泥砂漿襯里，如總體工藝條件需要，也可考慮參照執行AWWA C210。
　　陰極保護：采用單元化技術，每節管在出廠時就安裝好一個或幾個犧牲陽極。
　　這樣的鋼管，按美國的設計方法，將可用作工作壓力1.0Mpa的管線^（5）；按國內的設計規范，也可用于工作壓力0.6Mpa、設計壓力1.1Mpa、復土2.5米的管線；但按現有的鋼管使用經驗來看，將是“太薄了”。這樣的鋼管，其價格應在一萬元每米，同PCCP相當，但施工費用可大大降低，制作投入也很低。
　　我認為，這個鋼管如按國內設計規范給的工作條件使用，應較 PCCP更安全，理由如下：
　　(1) 主材工作應力小管且富裕度大。PCCP,主要受力元素是鋼線，它在制作時就拉伸到拉伸應力1000Mpa以上，相當鋼線屈服極限的75％；鋼管在工作內壓和復土等外壓作用下，拉伸應力約125Mpa，相當鋼板屈服極限的50％。
　　(2) 主要事故模式的危險性小，鋼管如發生腐蝕，是穿孔漏水，可及時修復；PCCP如一根鋼線因腐蝕斷裂，鄰近鋼線就會受更大應力，導致鄰近鋼線;多根鋼線斷裂，就會有爆裂危險。

7. 結語

　　在壓力輸水技術大發展的時期，抓著時機，對鋼管作些工作吧；把對PCCP的熱情的百分之一給鋼管，不論結果會怎樣，今后不會有遺憾。

參考文獻：

（1） 徐彬士、范名權；黃浦江引水工程鋼筋混凝土低壓輸水管渠設計與施工；給水排水 1997。1 ；p47；
（2） 沈之基；黃浦江引水工程現澆鋼筋混凝土矩形管的現狀和討論； 給水排水 1997。1 ；p54；城鎮供水 1997。1；
（3） Albeif H .Halff；large water mails: experience and practice of three large users AWWA July 1972 p435
（4） 沈之基；成品化輸水鋼管 焊管2004 No1:7～11
（5） northwest pipe company; o-tite gasket joint for steel water/ water pipe /design manual pipe www.nwpipe.com 2003
（6）劉雨生等 市政給水鋼管的結構設計方法 中國水協設備網 技術推廣 2002。8。

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作者：沈之基，男，高級工程師，長期從事管道技術工作，曾主持過管線內外防腐、陰極保護、滑入式接口、管線強度特性、復合鋼管等等方面的課題研究，多次獲市、局科技成果獎；200 1年自上海原水公司退休，近年，致力于成品鋼管理念、技術的推進。