预应力钢筒混凝土管（PCCP）作为一种性能优越的输水管材，广泛应用于水利、电力、市政给水、排水等领域。PCCP的强度取决于缠绕在管芯上的高强预应力钢丝。在制造、安装及运行过程，有多种原因会造成钢丝损伤或腐蚀，进而引起钢丝断裂，当断丝达到一定数量，就会导致突发性的爆管事故，不仅会造成供水中断，还可能引起交通、环 境、卫生等公共安全事故。
    加拿大Pure Technologies公司（以下简称Pure）是一家从事重大基础设施监测技术研发及现场服务的公司，其主导技术产品是 PCCP断丝监测技术。2008年，南京水利科学研究院与其建立了合作关系。本次培训期间，我们应邀访问了Pure美国分公司，听取技术人员介绍PipeDiver电磁波设备及SoundPrint声监测系统，并参观了监测现场。
    PipeDiver系统将发射模块、接收模块、电池、导向及回收装置柔性连接在一起。在PCCP管道不停运的情况下，通过专用装置将系统放入管道内，系统随水流移动。发射模块产生电磁波，系统在行进途中遇到断丝部位，接收信号会出现异常，据此确定断丝位置，估计断丝数量。PipeDiver不要求排空管道，另一种电磁波探测断丝设备PWave使用条件苛刻一些，需要事先疏干管道。2010年3月南科院采用PWave设备对新疆三个泉倒虹吸PCCP的钢丝状况进行了探测。PipeDiver和PWave仅能获得某一时刻PCCP的断丝情况，无法了解断丝的发生及发展。
    SoundPrint声监测系统工作原理如下：在 PCCP管线内部通长铺设光纤电缆，可以在PCCP通水前布设，也可以在管道运营阶段采用专用装置布设。PCCP通水运行过程中，一旦发生断丝，能量释放发出声音，光纤传感器接收该声音。数据传输到采集系统，系统识别出反映断丝特征的信号，通过Internet传输到中央处理设备，经过分析处理后，即时确定断丝数量，定位断丝位置。管理单位综合电磁波探测结果及声监测结果，结合GIS技术，制订PCCP维修或更换计划，对断丝严重的管道预先采取措施，可有效避免突发性的爆管事故。

PipeDiver系统示意图

    WSSC是美国排名第八的给水排水管理单位，下设8个水厂及污水处理厂，管理5500英里给水管道及5400英里排水管道。前几年曾出现PCCP供水管道爆管事故，造成重大的人员及财产损失。为此，已有5处PCCP管道采用 SoundPrint系统监测PCCP断丝。今天，我们参观了Rock Creek 2号PCCP监测情况。该管线长2英里，此前已出现2次爆管。数据采集系统安装在PCCP工程现场的活动房中，采集的信号通过无线传输至中央处理中心。SoundPrint安装运行6个月至今，平均每天监测到1次断丝。这些信息及时反馈给WSSC，供其决策。

SoundPrint 工作原理

    近年来，我国已建或在建的大型调水工程大量采用PCCP管，例如南水北调中线北京段采用双排PCCP，各长56 km；山西省万家寨引黄工程一期联接段PCCP长43km，二期北干线PCCP长121km；辽宁省大伙房水库输水工程二期采用265km的PCCP。
PCCP在国内的使用年限还不长，爆管事故尚未见诸报道，但是国外PCCP已发生数百起爆管事故。据AWWARF 4304报告“PCCP的失效破坏”，1942-2006年的65年中美国共发生了399次爆管事故。利比亚大人工河工程一期投入使用后，至今已发生5起爆管，首次爆管距投入使用仅6年！此外，加拿大、墨西哥、南非、沙特阿拉伯等国也出现了PCCP爆管。
    国外自采用先进技术监测PCCP管道断丝，加强管道安全管理以来，爆管事故急剧下降。国外的成功经验可为我们提供借鉴，在国内大型调水工程PCCP安全监测及运行管理中推广应用这些技术，可确保调水工程的安全运行，减少运行管理成本，具有显著的社会效益及经济效益。
（王五平）