水利引調(diào)水工程管道材料選擇的研究

蓋海英

山東新匯建設(shè)集團(tuán)有限公司

水利引調(diào)水工程管道材料選擇的研究

蓋海英

山東新匯建設(shè)集團(tuán)有限公司

遠(yuǎn)距離輸水管道的特點(diǎn)

（一）減少滲漏并保護(hù)水質(zhì)

水在管道內(nèi)流動(dòng)，在封閉的系統(tǒng)中，基本不會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，也基本不會(huì)產(chǎn)生污染；長(zhǎng)距離輸水不像配水工程那么多嫁接點(diǎn)，接口少也能夠有效的防止漏水。不過(guò)沿程的漏損現(xiàn)象是不可避免的，但是滲漏量是非常少的。遠(yuǎn)距離的液體流動(dòng)可以理解為穩(wěn)定流，流動(dòng)時(shí)也涉及熱力過(guò)程，所以液體的熱力參數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，比如壓強(qiáng)、溫度、比容等參數(shù)，例如承插類(lèi)的連接處按照常規(guī)定義，其中正常管道的流通量為Q=0.14D，其中Q為允許流通量（L/m in·km），D為管道內(nèi)徑（m）。以內(nèi)徑為1500m的供水管道為例，根據(jù)公式計(jì)算滲透量?jī)H為0.14×1.5=0.21（L/m in·km），也就是說(shuō)長(zhǎng)度10km的輸水管道，滲透量?jī)H為0.21×10×24×60/1000=3.024（m3/d）。這個(gè)數(shù)據(jù)相比渠道的滲漏量及蒸發(fā)量顯然是很小的。

（二）節(jié)省土地資源

輸水管道工程除了提升泵站和各種閥井類(lèi)的附屬設(shè)施為永久占地外，埋地管道本身一般都為部分無(wú)效占地，也就是說(shuō)此種類(lèi)型的占地成本并不會(huì)損害相關(guān)城市的土地成本，進(jìn)而也減少了管理成本。改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，隨著人口基數(shù)變大，人民對(duì)土地的要求量和人民對(duì)生存的要求充滿了矛盾，因此選擇一套科學(xué)的供給水源的方案顯得至關(guān)重要。在這種現(xiàn)象下使用輸水管道供水當(dāng)然是首選方案，也適應(yīng)現(xiàn)代趨勢(shì)的發(fā)展。

（三）對(duì)環(huán)境影響小，便于管理和維護(hù)

埋地管道工程基本就是做日常的運(yùn)行管理維護(hù)工作，包括閥門(mén)、閥件、接口等，需要定期檢查和維修。而且長(zhǎng)距離輸水管線一般會(huì)采用計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)，與企業(yè)或水廠的現(xiàn)有系統(tǒng)有機(jī)整合在一起，實(shí)現(xiàn)水廠、泵站、輸水管線統(tǒng)一調(diào)度。管道一般是根據(jù)地形起伏布置的，穿越道路、溝渠處基本采用頂管、定向鉆等方式，不影響交通和河道的防洪排澇，在穿越兩端還會(huì)設(shè)置檢修閥門(mén)，便于后期的維護(hù)、管理。

（四）運(yùn)行安全，使用壽命長(zhǎng)

我國(guó)水利建設(shè)方案比選時(shí)的經(jīng)濟(jì)周期是50年，所以輸水管道使用壽命也應(yīng)高于50年。目前大口徑輸水管道基本都采用承插式的柔性接口，減少施工周期。柔性接口在一定程度上能適應(yīng)地基變形，也具有相當(dāng)強(qiáng)大的抗壓能力，上個(gè)世界初的美國(guó)新建城市主體采用的是口徑中型的管道，這種管道的長(zhǎng)度和口徑比較適中，因此延展性能比較好非常結(jié)實(shí)耐用，目前這些管道還在使用當(dāng)中。

引調(diào)水工程可采用的管道種類(lèi)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與材料技術(shù)的革新使管道材料也逐漸豐富起來(lái)。管道材料從起初單一的鋼管（SP）、鑄鐵管、木管、竹管等，發(fā)展到現(xiàn)在球墨鑄鐵管（DCIP）、鋼筒混凝土管（PCCP）、外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧防腐鋼管（TPEP）等多種管材都進(jìn)入市場(chǎng)的局面。目前針對(duì)水利引調(diào)水工程采用的管道通常需要防腐性好、口徑大的管道。本文針對(duì)球墨鑄鐵管（DCIP）、鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管（RPMP）、外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧防腐鋼管（TPEP）四種管材進(jìn)行詳細(xì)的分析。

（一）球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管的特點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，具有較好的延伸性能，管道以橡膠圈作為柔性接口，這種特點(diǎn)使的管道更加適應(yīng)地基，使得管道和地基配合增強(qiáng)。在防腐方面上，因?yàn)檫@種鐵管的主要成分是由金屬鑄造的，所以腐蝕能力比非金屬管差，但是因?yàn)榧兌容^高，所以較鋼管的腐蝕能力好。針對(duì)配件標(biāo)準(zhǔn)方面，售后容易。

（二）鋼筒混凝土管（PCCP）

鋼筋混凝土管的特點(diǎn)是兼有鋼管和鋼筋砼管的優(yōu)點(diǎn)，也就是說(shuō)含有兩種管道的共同的優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格比金屬管低，而且在強(qiáng)度方面也非常優(yōu)秀，可以承受較高的擠壓壓力。鋼筒混凝土管抗腐蝕能力較強(qiáng)，因?yàn)榇朔N管材外面包著一層混凝土，所以會(huì)隔絕氧氣和鋼鐵，進(jìn)而抑制鋼鐵的腐蝕現(xiàn)象，因?yàn)槊芏容^大，所以屈服強(qiáng)度就會(huì)很大。

（三）玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管（RPMP）

玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管（RPMP）是科技材料界新研發(fā)的一種管道材料，這種新型的材料在很多方面的較其他材料都有較好的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)是耐內(nèi)壓高，密度小，重量輕，管道內(nèi)壁光滑，液體流動(dòng)阻力小，相應(yīng)軸力損失小，而且主要材料是非金屬，所以有很好的延展性能，因?yàn)槠淝?qiáng)度變化的范圍較其他建材較大，所以與之相關(guān)的彈性比例就會(huì)很大，而且因?yàn)楣艿酪坏┎挥茫嚓P(guān)的管道材料就不能再回收，這就在浪費(fèi)中提高了建筑成本，而且因?yàn)閭瘟赢a(chǎn)品橫行，造成本就質(zhì)量有問(wèn)題的材料更加漏洞百出，進(jìn)而影響管材質(zhì)量和工程建設(shè)的整體質(zhì)量。

（四）外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧防腐鋼管（TPEP）

外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧防腐鋼管，以鋼管為基材，外壁采用三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐，內(nèi)壁采用熱熔環(huán)氧樹(shù)脂粉末防腐在高溫220℃條件下，形成鋼塑合金層。材料經(jīng)過(guò)防腐工藝加工處理，可有效防止或減緩在運(yùn)輸與使用過(guò)程中材料與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。TPEP管的可負(fù)載更多的重物，因?yàn)橄嚓P(guān)的參數(shù)會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)階段內(nèi)，因此該管道材料比較適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件，而且因?yàn)楦g能力較強(qiáng)，所以在配送階段，要注意防腐的工作，而且焊口處人工依賴性比較高。

選擇管道類(lèi)型的方式

管道的選擇應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和管材性能進(jìn)行選擇而且應(yīng)該根據(jù)具體的工程情況進(jìn)行選擇。

（一）根據(jù)流量計(jì)算直徑選擇管材

首先應(yīng)先根據(jù)設(shè)計(jì)流量，通過(guò)相關(guān)的公式計(jì)算出工程所需的公稱(chēng)直徑，采用試算法選取最優(yōu)計(jì)算結(jié)果。根據(jù)管徑的計(jì)算數(shù)值，結(jié)合各種管道的國(guó)標(biāo)要求及目前市面上的生產(chǎn)口徑，確定管材。

管道材料的口徑與價(jià)格之間通常稱(chēng)正比的關(guān)系，口徑越大，邊際成本就會(huì)越高，對(duì)于DN1200 類(lèi)型以上的大口徑管材都會(huì)稱(chēng)為大流量管道，對(duì)于DN1200以下的小口徑管材被稱(chēng)為小流量管道。一般長(zhǎng)距離輸水管道都是直徑1m左右的大口徑管道。

（二）根據(jù)地質(zhì)條件選擇

軟弱地質(zhì)條件，例如：主要地形特點(diǎn)為大型礦山、湖澤等地形，相關(guān)的地理?xiàng)l件很差，地下埋藏管道高達(dá)將近2m，因?yàn)檎w架構(gòu)區(qū)域柔性，所以整體穩(wěn)定性能并不是很強(qiáng)，盡量選擇承插接口的柔性管道，一般為球墨鑄鐵管（DCIP）和鋼筒混凝土管（PCCP）。

高腐蝕地質(zhì)條件，因?yàn)楣艿揽赡軙?huì)與地質(zhì)內(nèi)的相關(guān)元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以盡量不選擇鋼管，否則應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求做好防腐分析及處理。這種情況下，長(zhǎng)距離輸水管道一般選擇球墨鑄鐵管（DCIP）和玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管（RPMP）。

結(jié)語(yǔ)

綜合考慮工程的重要性、沿線地形地質(zhì)、施工、管護(hù)、造價(jià)等方面的因素，應(yīng)多方案進(jìn)行比選，最終確定輸水管材。球墨鑄鐵管（DCIP）具有使用壽命長(zhǎng)、抗腐蝕能力強(qiáng)、工期短、易管護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)距離的水利引調(diào)水工程中應(yīng)用廣泛。

因此，可以看出球墨鑄鐵管（DCIP）與外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧防腐鋼管（TPEP）的各方面性能更加適合目前的長(zhǎng)距離水利引調(diào)水工程。隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展與引調(diào)水工程要求的不斷提升，復(fù)合型管道材料也會(huì)受到市場(chǎng)的偏愛(ài)。希望在未來(lái)管道材料的發(fā)展中呈現(xiàn)更加多元化的發(fā)展。