大口徑輸水工程管材的選擇

楊建新

(天津市自來水集團有限公司，天津300040)

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大口徑輸水工程管材的選擇

楊建新

(天津市自來水集團有限公司，天津300040)

對鋼管(SP)、預應力鋼筒混凝土管(PCCP)、球墨鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管(RPM)這4種常用的大口徑輸水工程管材，結合工程實例從工程特點、水力條件以及經濟指標等方面對管材的選擇進行了綜合分析,可為同行業(yè)相關工作提供一定參考。

輸水管道； 大口徑； 管材； 比選

隨著城市用水量的不斷增加，大口徑輸水工程逐年增多，管材的選擇對節(jié)約投資、施工便利、安全運行等具有重要的現實意義。大口徑輸水工程中常用的管材有：鋼管(SP)、預應力鋼筒混凝土管(PCCP)、球墨鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管(RPM)等。筆者就工程特點、水力特點、經濟指標方面介紹了管材選擇原則。

1 管材比選

1.1 管材的工程特點

(1)鋼管

鋼管一般具有較強的剛度，可以承受較大的內外壓力，可以加工成各種形式，適用性極強。鋼管一般多用于穿越障礙以及地理環(huán)境復雜的區(qū)域。為了增加使用壽命，在實際應用中需要對鋼管進行陰極保護且目前的發(fā)展技術已經相對成熟[1]。

(2)預應力鋼筒砼管(PCCP)

預應力鋼筒砼管由薄鋼板焊接成筒狀，再對內外層澆筑混凝土，然后在混凝土外層纏繞預應力鋼絲用砂漿做保護。

從性能上看，PCCP管抗?jié)B性能高，能承受較高的內外荷載。PCCP管具有自動對中的承插接口，安裝方便，在承插結構處采用橡膠圈密封，密封性極好，且具有抗震性能好、耐腐蝕性強的優(yōu)點。從PCCP管的結構形式還可以看出，該種管材不易污染水質，使用壽命長，基本上是鋼管的兩倍。但PCCP管自身重量極高，施工難度大[2]。

(3)球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有較強的剛性和延展性，以DN2600口徑球墨鑄鐵管為例，其最小抗拉強度為420 MPa，最小屈服強度為300 MPa。其硬度相對較低，因此施工方便，目前在給水工程中得到了廣泛應用。

球墨鑄鐵管采用水泥砂漿內襯，因此耐化學腐蝕以及電腐蝕能力都優(yōu)于鋼管，一般無需擔心電腐蝕情況的出現。水泥砂漿內襯還可以有效保護水質，防止輸水過程中的水質污染。

(4)玻璃鋼夾砂管

玻璃鋼夾砂管是玻璃纖維與合成樹脂的復合體，綜合了纖維高強度和合成樹脂粘合力與耐腐蝕好的優(yōu)點，并且強度高、耐腐蝕性能好、使用壽命長、重量輕、便于施工安裝。玻璃鋼夾砂管的結構決定其具有較高的流通性能，內壁光滑、粗糙系數低[3]。

1.2 管材水力特點

從4種管材的工程特性分析可以看出，4種管材的水力特點可以歸結為兩類：第一類為流通能力較高的管材；第二類為流通能力一般的管材，劃分的主要依據是各管材的管壁粗糙系數。第一類管材粗糙系數不超過0.009，包括玻璃鋼夾砂管；第二類管材粗糙系數在0.0125左右，包括鋼管、預應力鋼筒砼管和球墨鑄鐵管。較小的粗糙度可以有效降低供水過程中的沿程水頭損失，當流體以相同的流量通過不同管材的管道時，玻璃鋼夾砂管口徑可以減小，從而有效節(jié)約材料、降低造價，同時減少泵的動力，節(jié)約能源[4]。

1.3 管材經濟指標分析

以當前市場調查結果為依據，不同管材的直接費用統計如表1所示。從表1可以看出，幾種管材造價高低依次為：球墨鑄鐵管、鋼管、玻璃鋼夾砂管、預應力鋼筒砼管。

表1 不同管材直接費用對比

2 管材選擇綜合分析

大口徑輸水工程管材的選擇應綜合考慮技術、經濟、管材性能、所能承受的工程荷載、管材管件的來源、運輸費用的高低、工程造價的高低、施工的便利性、使用年限的長短、管理工作量的大小等因素。

根據大口徑輸水工程的特點，管材的選用應當考慮工程的規(guī)模、重要性、工作壓力、工程地質情況、工期要求、資金來源等內容。一般而言，鋼管、球墨鑄鐵管、PCCP管比玻璃鋼夾砂管安全性更高，適用于工作壓力較高的情況。

鋼管的使用要特別注意管道的內外防腐，防腐質量的高低直接影響到鋼管在輸水工程中的使用壽命，目前使用比較廣泛的兩種有效的陰極保護方法為犧牲陽極和外加電流。

球墨鑄鐵管是近年來使用較多的一種管材，但是從管道特性和管道價格上可以看出，球墨鑄鐵管更適用于口徑小于1 000 mm的情況。

PCCP管是一種相對經濟的管材，在該管材使用之初，為了保證輸水的安全性，口徑一般不宜超過2 000 mm。但隨著新技術的發(fā)展，在國內外已有4 000 mm口徑的PCCP管線運行成功的案例出現。

玻璃鋼夾砂管的應用也比較廣泛，但在應用于實際工程之前一定要做好出廠管材的質量檢測，根據不同的工程特點選擇合適的剛度，輸水管材的剛度一般不應<5 000 N/m2。在土壤腐蝕性比較強的區(qū)域，鋼管和預應力鋼筒混凝土管會受到一定的限制，而玻璃鋼夾砂管就會得到廣泛的應用[5]。

3 工程實例分析

某市新建西河泵站至宜興埠泵站原水管道工程，是該市南水北調市內配套工程的重要組成部分。工程全長約11.7 km，工程起點為西河泵站，依次穿越子牙河北岸、小辛莊大街、朝陽寺大街、志成道快速路等施工難點，再沿外環(huán)線、京津塘高速公路最終達到宜興埠泵站，總輸水能力110×104m3/d，管道口徑DN2600。根據新建西河泵站的水位標高、宜興埠泵站前池水位的標高，通過對管道損失的驗算，該管道的出水壓力控制在0.3～0.4 MPa。該工程即為典型的大口徑輸水工程，工程投資高，因此必須對管材選擇進行綜合分析。

3.1 管材選擇原則

新建西河泵站至宜興埠泵站原水管道工程輸水管線距離較長，投資大，因此必須對工程造價進行合理確定，確保技術先進，施工便捷，運行安全，對水質污染程度低，且使用壽命長。

結合城市輸水的特點，不難看出管材的安全可靠性是工程的生命線，一旦出現大口徑輸水管道爆裂，將會對生活生產帶來巨大損失，管線周圍的建筑也將受到沖擊。因此對于大口徑輸水管線來說，管材的質量是進行管線選擇時考慮的首要因素。

3.2 管材的確定

管材選擇中質量的考核，不僅要對管材的生產工藝、原材料以及出廠質檢報告進行考核，還需要對其實際運行中的穩(wěn)定性進行考核，尤其是常年運行的穩(wěn)定性。另外還需要對管材的價格、使用壽命、運行費用、施工便捷性、施工費用等進行綜合對比。

通過對幾種管材的比較，工程難點部位采用鋼管，外防腐采用環(huán)氧煤瀝青特加強級，內防腐采用水泥砂漿襯里，再配合陰極保護措施；在施工條件好的地段，可選用PCCP管。其中PCCP管長度為3 906 m，鋼管長度為7 948 m，鋼管防腐采用陰極保護措施，采用平行式地床與管道同槽鋪設、同時施工。陽極間距為200 m，全線共70支，電位分布均勻。同時，合理布置閥門、伸縮節(jié)、排氣閥、泄壓閥等，有效降低管道水錘事故發(fā)生，確保管線運行的安全性。

4 結語

新建西河泵站至宜興埠泵站原水管道工程建成后，進一步改善了該市原水管道現狀，保證了水源供水壓力，社會效益明顯。目前工程運行狀態(tài)良好，從運行情況可以看出，工程選材安全合理，節(jié)約了大量的投資資金，創(chuàng)造了良好的經濟效益。

[1] 鐘瑞.長距離輸水工程有關技術問題的探討[J]. 江西建材，2015(18):134.

[2] 袁永欽,匡科,沈軍,等.西江引水工程預應力鋼筒混凝土管的質量控制[J]. 中國給水排水,2011,27(24):1-4.

[3] 劉芳,劉前軍,周勝昔.大口徑長距離輸水管線的優(yōu)化設計[J]. 水利科技與經濟,2013,19(6):64-66.

[4] 劉鳳英.長距離管道輸水工程的管材選用[J]. 河北工程技術高等專科學校學報,2007(3):8-9.

[5] 徐立新.引黃濟津市內輸水管線工程的優(yōu)化設計[D]. 天津:天津大學,2006.

TU991.63

C

1673-9353(2016)06-0059-03

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.06.015

楊建新(1970- )， 男， 政工師， 主要從事給排水工程管理工作。E?mail：jianxin8818@163．com

2016-09-08