淺析DIP管道在調水工程中的運用

方礦學

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.013

摘 要：我國北方水資源短缺矛盾日益突出，明渠調水又大量占用耕地，地下埋管的有壓管道輸水方式將會更多地在區域性的引水調水工程中采用。從南水北調配套工程的規模、工程成本、全壽命周期、地質地形及工程的工期要求等各方面進行綜合考慮，河北省邢臺市南水北調配套工程最廣泛地采用了DIP管道（球墨鑄鐵管）輸水方式，通過對DIP管的產品特性、制造工藝、管道工作壓力、安裝施工、壓水試驗等進一步研究和總結，以期為相近的引水調水工程積累經驗，提供一定的借鑒作用。

關鍵詞：淺析 DIP管道 調水工程 運用

中圖分類號：TU991.05 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（c）-0013-02

2014年12月18日南水北調中線河北段工程正式通水，每年分配到河北省邢臺市的3.33億m3水量通過南水北調配套工程從總干渠6個分水口門（由南向北依次是贊善、鄧家莊、南大郭、劉家莊、北盤石、黑沙村）通過輸水管道送到全市22個縣城及重點城鎮和工業區。根據河北省配套工程建設實施方案，邢臺市南水北調配套工程承擔非引黃覆蓋區（除清河、臨西外）18個供水目標的水廠以上供水管道建設任務。邢臺市南水北調配套工程主要采用有壓管道輸水，地下埋管的形式，主要包括PCCP管道（預應力鋼筒混凝土管）、SP管（鋼管）、DIP管道（球墨鑄鐵管）和PE管道（聚乙烯給水管）等形式，其中DIP管道（球墨鑄鐵管）以其強度高、柔性接口、安裝方便、可適應不同地質條件等特點，被河北省邢臺市南水北調配套工程采用最為普遍。因此，該文對DIP管道（球墨鑄鐵管）的制作、安裝、穿越、壓水實驗等施工過程和特點進行分析，對相關的引水調水工程有一定借鑒意見。

1 DIP管（球墨鑄鐵管）產品特點

球墨鑄鐵管是鑄鐵管的一種。質量上要求鑄鐵管的球化等級控制為1～3級（球化率≥80%），因而材料本身的機械性得到了較好改善，具有鐵的本質、鋼的性能。退火后的球墨鑄鐵管，其金相組織為鐵素體加少量珠光體，機械性能良好，防腐性能優異、延展性能好，密封效果好，安裝簡易。我國于20世紀90年代初期引進，經過20多年的發展，其工藝技術已相當成熟，它生產效率高、產品質量穩定，且鑄出的管道外表質量好，在國內外供水和輸氣管道中已得到廣泛應用。

1.1 力學性能較好

目前常用的金屬管材有離心球墨鑄鐵管、灰鑄鐵管和鋼管，其力學性能的比較如表1。

由表1比較可知，離心球墨鑄鐵管其抗拉強度及耐壓性能和鋼管相當，耐腐蝕性能優于鋼管。與灰鑄鐵管相比其延伸率較高，具有一定的韌性，克服了灰鑄鐵管的脆性。

1.2 節省材料、節約資源

按GB/T 13295標準生產的離心球墨鑄鐵管與按GB 3422標準生產的普通灰鑄鐵管，其同種規格的離心球墨鑄鐵管比普通灰鑄管的平均重量要輕40%，且普通灰鑄鐵管的使用性能不如離心球墨鑄鐵管，因此使用離心球墨鑄鐵管可節省生鐵資源。

1.3 施工簡便、造價經濟

由于離心球墨鑄鐵管具有一定的強度和韌性，重量輕，因此在運輸和安裝過程中破損率極低；而且安裝方式為承插式，標準管件，采用柔性接口，它較之前采用鋼管焊接或法蘭連接的方式，安裝更為方便快捷。

1.4 適應性好，可靠性高

離心球墨鑄鐵管具有較高的承壓能力和一定的延伸率，又采用柔性接口，因此，供水輸氣的安全可靠性能得到提高。橡膠密封圈柔性接口允許有一定的軸向偏移角，一般為3°～5°角（S型最大偏移角為7°），因此，整條管線的柔性結構性能，具有較強的抗震性能和防基礎塌陷的能力。

1.5 耐腐蝕性能好，使用壽命長

離心球墨鑄鐵管比其他材質的管材，具有更好的耐腐蝕性能。管材與管件鑄造過程中在鐵水中加入少量的鎂，使得鑄鐵中的片狀石墨轉變成球狀，克服了片狀石墨對鐵基體連續性的阻止作用，消除了應力集中現象。外防腐進行噴鋅處理，最后進行瀝青漆涂覆不低于70 μm，內防腐采用水泥砂漿（8±2）mm。球墨鑄鐵管的使用壽命可以超過50年，是鋼管的2～3倍。

2 與其他管道工程的比較

在引水調水工程中，管道管材占投資的比重很大，因管材選用不當造成事故或增加不必要資金的實例也較多，因此開展輸水工程管材的研究對節省投資、方便施工、安全運行具有重大意義。在供水管線工程中，應合理選擇管材的種類，從工程的規模、適用性、輸送介質、工程地質地形、工程的工期要求等各方面進行綜合考慮，以確定管材的種類。

2.1 預應力鋼筒混凝土管（PCCP）

預應力鋼筒混凝土管，是一種新型的復合型管材。它是帶有鋼筒的高強度混凝土管芯纏繞預應力鋼絲，噴以水泥砂漿保護層，采用鋼制承插口和滑動式膠圈的柔性接頭連接，是鋼板、混凝土、高強鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復合結構，具有鋼材和混凝土各自的特性。根據鋼筒在管芯中位置的不同，可分為兩種：內襯式預應力鋼筒混凝土管（PCCPL）、埋置式預應力鋼筒混凝土管（PCCPE），常用管徑為DN400～DN4 000。

主要優點是承受內外壓較高。由于PCCP管有內襯鋼板，抗滲能力強，其結構能夠承受較高內壓，工作壓力0.4～2.0 MPa；其預應力鋼絲可根據管頂覆土厚度進行設計，其抗外荷能力強，可達8 m以上；管材本身獨特的復合結構，不易出現管身、接頭漏水及爆管現象。

主要缺點是較鋼管、玻璃鋼管重量大，運輸和施工相對不太方便；相同管徑時投資較預應力混凝土管高。施工安裝的同時須考慮陰極保護，且連接后為剛性接口，地質情況不好時易發生不均勻沉陷。

2.2 鋼管（SP）

鋼管可設計性強、承受內壓能力強、抗軸向拉力大，整體性好，使用方便靈活。但其剛度小、易變形，且抗腐蝕能力較差，需要進行內外防腐，綜合造價高，適合在特殊地段局部使用。

2.3 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵是一種鐵、碳、硅的合金，其中碳以球狀游離石墨存在。近10年來國內生產發展極快，規格品種都很齊全，應用日益廣泛。球墨鑄鐵管與其他管材相比具有的優勢。

（1）抗拉強度高，是一般灰鑄鐵管的3倍；韌性好，延伸率高。

（2）承受內外壓能強、有較高的抗震性能和密封性能。球墨鑄鐵耐壓強度為4～5 MPa。其接口為柔性接口，拆裝方便、承受局部沉陷的能力好。

（3）廠內制造精確度高，耐腐蝕，安裝簡單快捷。

（4）DIP管安全性要遠高于PCCP管。

主要缺點：大口徑球墨鑄鐵管管件管壁薄，承、插口端易變形；價格較高，一次性投資較大。

2.4 聚乙烯（PE）管

聚乙烯（PE）管不但具有塑料管的重量輕、強度高、耐腐蝕、摩阻小、不結垢、使用壽命長等優異性能，它還具有特殊的柔韌性，極高的延伸率和獨特的熱熔焊連接方法，具有很多其他管材都不具備的優勢。

PE管屬柔性管，伸長率、耐沖擊性能好，耐化學穩定性和抗高頻絕緣性能良好，具有較高的強度及剛度，運輸、敷設方便，連接時采用熱熔對接，可將管道連接長達數百米進行彈性敷設及進行非開挖穿越。

主要缺點：不宜用于熱水管道，宜用于工作溫度不大于40 ℃。在施工過程中遇到尖利物容易受劃痕而影響其壽命，價格較高，一次性投資大。不適宜大口徑長距離輸水線路施工。

3 結語

在水資源日益緊缺的華北地區，借助南水北調這一國家水資源平衡戰略的契機，在建設節水型社會的前提下，把調來的長江水通過引水調水工程的實施，滿足人民對水資源的需求。通過地下埋管的調水方式，節約了土地、避免了水污染和水流失，DIP管（球墨鑄鐵管）由于其技術成熟、安全性高、質量可靠、使用壽命長、安裝方便、保證工期和節約投資等特點，在各種管材的對比中，經過河北省邢臺市南水北調配套工程施工過程中廣泛地選用，對DIP管（球墨鑄鐵管）的制作、安裝、水壓試驗、穿越道路等施工過程和特點進行分析，對進一步的引水調水工程有一定借鑒作用。

參考文獻

[1] GB/T 13295-2008，水及燃氣管道、管件和附件[S].

[2] GB 50268-2008，給水排水管道工程施工及驗收規范[S].