廣州市西江引水工程管材應(yīng)用的探討

葉國文

[摘要]首先簡要介紹廣州市西江引水工程管材應(yīng)用情況，接著對本工程的輸水管材從管材性能、施工條件和施工要求、口徑范圍、管子制造能力及國內(nèi)實際使用狀況等方面進行技術(shù)經(jīng)濟比較，最后，指出本工程的輸水管材的選擇。

[關(guān)鍵詞]西江引水工程 鋼管 球墨鑄鐵管 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管 玻璃鋼夾砂管

中圖分類號：TB1文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0320061－01

2010年廣州市將舉辦第16屆亞運會，為改善城市總體環(huán)境，提高城市供水水質(zhì)和安全性，市政府建設(shè)廣州市西江引水工程，以解決城市西北部水廠的水源及城市發(fā)展用水問題。在輸水工程中，管道工程占70%以上的工程投資，而在管道工程中，管材費用至少占2/3以上。因此必須考慮管道材質(zhì)的不同對管道工程的綜合影響，在設(shè)計過程中需要對各種不同的管道材質(zhì)進行比較，以選用合理的管道材質(zhì)。

一、工程概況

廣州市西江引水規(guī)模350萬m3/d，工程總體系統(tǒng)方案為：自佛山市三水區(qū)西江思賢滘下陳村附近的西江取水，設(shè)取水泵站經(jīng)中途泵站增壓后送入配水泵站，再通過配水泵站增壓后分別輸送至江村水廠（40萬m3/d）、石門水廠（80萬m3/d）和西村水廠（100萬m3/d），并預(yù)留今后新建北部水廠（100萬m3/d）的水泵位置及管道接口。

以佛山市三水區(qū)西江思賢滘下陳村取水泵站為起點，穿越北江、鐵路、白坭水道后，至鴉崗村附近，主線長約48.7km，口徑DN3600，雙管并行。在鴉崗村附近設(shè)置配水泵站，管線出配水泵站后分為四路：一路向北預(yù)留接口（至規(guī)劃北部水廠）；一路向東，沿規(guī)劃道路接入江村二廠（江村支線），管線長約12.7km，口徑DN2400，單管運行；一路向南，沿廣清高速公路、增槎路至衛(wèi)生河附近折向西接入西村水廠取水泵站（西村支線），采用DN3200單管敷設(shè)，長度7.85km；另一路向南，沿廣清高速公路、海口涌西－北側(cè)敷設(shè)并連接規(guī)劃道路至石門水廠（石門支線），其中與西村支線并行段長2.35km，采用DN2800單管敷設(shè)；后段采用DN2000雙管并行敷設(shè)，長度2.75km。擬建西村水廠新取水泵站作為西村支線單管故障情況的備用泵站。

二、管材比較

選擇管材的基本原則是：能承受要求的內(nèi)壓和外荷載；使用性能可靠，維修工作量少，施工方便；使用年限長；內(nèi)壁光滑，輸水能力可基本保持不變；能適合本地地質(zhì)和各種實際情況的需要；造價較低。

（一）管材特性比較。從水力條件而言，玻璃鋼夾砂管最優(yōu)，糙率系數(shù)為0.01，PCCP管居中，內(nèi)襯水泥砂漿防腐的鋼管和球墨鑄鐵管相當，糙率系數(shù)約為0.013。

從管材的工程力學(xué)特點考慮，鋼管適用性最強，鋼管環(huán)向強度、彈性模量較高，可承受較高的內(nèi)水壓力和管頂外荷條件，能適應(yīng)各種地質(zhì)條件，一般情況下不需做管道基礎(chǔ)處理；球墨鑄鐵管承受外壓的能力比鋼管差，道路以下埋深相對較淺時應(yīng)做加固處理，球墨鑄鐵管為柔性接口，管道轉(zhuǎn)彎處需設(shè)支敦，以防接口脫落；PCCP管是半柔性接口，它要求管道基礎(chǔ)局部變形不應(yīng)過大，在砂夾石的管基上應(yīng)作砂墊層，在松軟粘土層上應(yīng)作砂夾石過渡層，使管道敷設(shè)過程中較少產(chǎn)生局部應(yīng)力集中；玻璃鋼夾砂管相對而言壁薄，為柔性管道，對基礎(chǔ)與回填要求較高。

（二）施工條件和施工要求比較。鋼管及其管配件可工廠生產(chǎn)或現(xiàn)場制作，接口一般采用就地焊接，運輸和施工安裝方便。頂管施工工藝中鋼管使用最為廣泛。球墨鑄鐵管管材和管配件都需工廠定做，由于球墨鑄鐵管為外突型承插接口，所以不能采用頂管施工。玻璃鋼夾砂管比重約為1.6左右，運輸較為方便，管材及管配件需工廠定做，不如鋼管方便，在長距離頂管中目前還沒有應(yīng)用實例。PCCP管自重最大，運輸和安裝較為困難。壓力流長距離頂管也缺乏實際經(jīng)驗。

（三）口徑范圍、管子制造供貨及國內(nèi)應(yīng)用實例等比較。鋼管設(shè)計制作方便，口徑范圍廣。至目前為止，鋼管在大量輸水工程中得到了廣泛利用，在長距離輸水工程中鋼管的使用積累了最為豐富的經(jīng)驗。

我國城市供水管網(wǎng)中，鑄鐵管占80％以上，但口徑多為DN300～1200mm之內(nèi)。球墨鑄鐵管在大口徑長距離引水工程中使用較少，南洲水廠原水管工程采用DN2200球墨鑄鐵管10km，迄今為止未因管道質(zhì)量問題發(fā)生過事故。是成功經(jīng)驗。

玻璃鋼夾砂管國內(nèi)已具備大中口徑的生產(chǎn)能力（DN1600～DN3000），制造工藝為纖維纏繞型，但在城市給水工程中應(yīng)用較少，以DN1600及以下口徑較為成熟，大于DN1600以上實際應(yīng)用很少。南洲水廠原水管工程采用DN2200玻璃鋼管8km，迄今為止，曾發(fā)生兩次爆管，溫州市曹平至永強輸水工程采用DN1200和DN1400玻璃鋼管10.272km和16.568km，剛度10 000N/m2，1998年竣工后運行良好。1994年，長9km的大慶西水源至宏偉化工區(qū)所用DN800mm輸水管線、1995年，長5km的自貢供水工程及北京市政工程約70km的DN900mm、DN700mm、DN600mm管線以及其它如杭州市區(qū)DN600mm主輸水管線等均為玻璃鋼制造。綜合上述，用于給水領(lǐng)域的玻璃鋼管道大多為中、小口徑。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP），國外已經(jīng)發(fā)展了五十多年，以美國、加拿大兩國的生產(chǎn)使用最為廣泛。據(jù)有關(guān)資料介紹，國外實際使用最大口徑已達6.4m以上。PCCP在國內(nèi)的發(fā)展大約有10多年的歷史，通過吸收消化國外的生產(chǎn)制造技術(shù)，從無到有，到目前為止，國內(nèi)已建成了四十多條生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力1000km以上，涉及管子規(guī)格范圍從DN600到DN4800，適用工作壓力最高達1.6MPa，最大覆土深度達10m以上。最近幾年國內(nèi)應(yīng)用長距離大口徑PCCP的主要工程有：南水北調(diào)工程中線北京段，使用管徑4.0m的PCCP管單線長約55公里（雙排管）尚未通水；山西省萬家寨引黃工程，使用管徑3m的PCCP管長約43.5公里，2003年10月26日通水投產(chǎn)；新疆烏魯木齊洪水工程10公里倒虹吸工程，使用了管徑2.8m的PCCP約15公里；深圳東深供水工程，使用了管徑2.6m的PCCP長約9.5公里，2003年6月竣工，上述已竣工通水的工程迄今為止未因管道質(zhì)量問題發(fā)生過事故。

三、結(jié)束語

從管材性能、施工條件和施工要求、口徑范圍、管子制造能力及國內(nèi)實際使用狀況等綜合分析，適合的大口徑管材（DN2400以上）有鋼管和PCCP管。考慮到管線沿線總體來說交通運輸條件較好，地質(zhì)條件也可以滿足大口徑PCCP管的要求，且PCCP管埋管單位造價較鋼管低，因此在DN2400以上的長距離輸水工程埋管管材推薦采用PCCP管，穿越障礙如頂管和沉管的管材推薦采用鋼管。

參考資料：

[1]戚盛豪、汪洪秀、王家華主編，給水排水設(shè)計手冊，中國建筑工業(yè)出版社，2004年.

[2]戚盛豪、馮一軍、吳一蘩主編，室外給水設(shè)計規(guī)范，中國計劃出版社，2006年.

[3]嚴煦世、范瑾初主編，給水工程，中國建筑工業(yè)出版社，1999年.