淺談大管徑玻璃鋼管道首次在石家莊市市政工程中的應用

（石家莊市城市水系管理處 河北石家莊 050021）

淺談大管徑玻璃鋼管道首次在石家莊市市政工程中的應用

王 千 楊 勝

（石家莊市城市水系管理處 河北石家莊 050021）

該論文通過“石家莊市民心河二期工程”的工程建設實例，初步論述了管徑3.2米的玻璃鋼管道在石家莊市市政工程中的首次應用。玻璃鋼管道不僅有輕質高強、安裝方便、使用壽命長、重量輕、強度高等特點，還大大降低施工難度，提高了工效，因此給市政管網建設提供了一個范例。

市政工程；民心河；玻璃鋼管道；應用

一、民心河二期工程概況

石家莊市作為河北省的政治、經濟、文化中心，產業和人口高度聚集，各種經濟、社會活動頻繁，城市的生態環境建設在維護整個生態平衡中具有特殊的地位和作用,城市的生態環境質量直接影響著城市的可持續發展、社會進步和現代化建設。

已建成的民心河一期為一條美化城市的景觀河道，具有排水、泄洪、輸水、蓄水、旅游娛樂、美化環境、調節氣候等多種功能，為改善城區的水環境做出了巨大貢獻。近年來石家莊市城區南部的城市化進程不斷加快，客運鐵路入地、新火車站正在建設中，規劃的南部大學城已有河北科技大學，河北師范大學落戶建成。但市區南部的橋西、南栗明渠仍為雨污合流渠道，污水排放不僅嚴重污染空氣環境、同時也污染地下水，不但嚴重影響兩岸居民生活質量，而且省會形象也因此而大為遜色，給沿途的環境尤其是新火車站區域及南部大學城造成了嚴重的污染，市區南部的生態環境質量急需改變。另外，橋西明渠南段不通，明渠斷面過小，直接影響市區部分管網排水，造成橋西區域多處地段積水嚴重。尤其是南栗明渠,一遇降雨，大量垃圾、雜物隨水而下，嚴重影響下游的總退水渠及污水管道的安全運行。為此截流污水，改造橋西明渠與南栗明渠，建設自然生態、景色宜人的景觀河道是順應民心、改變我市南部城區臟亂差面貌的一項極其重要的生態環境建設工程。

民心河二期工程從1999年開始籌劃，2000年完成《項目建議書》、《可行性研究報告》、《環境評估報告》和《初步設計》，由省計委【2000】 286號和市計委【2003】572號文件批復實施。工程主要包括新建、改建橋西明渠和南栗明渠9.27公里，新建污水管網8.7公里，雨水管網9.16公里，綠化面積62.11萬平方米，工程總投資6.3億元，用地81.53公頃。

二、玻璃鋼管道在橋西明渠中的應用

橋西明渠始建于1957年，西起中華南大街，東至京廣鐵路西側再折向南，在南二環路北側向東經鐵路編組場涵洞入南栗明渠，全長2.39公里。最大過流能力為16.5m3/s，擔負著京廣鐵路以西，五支渠以東主城區的排水任務。1999年中華大街—京廣鐵路775米梯形土渠納入“民心河”工程，已改造為底寬6米，上口20米寬的蓄水明渠，京廣鐵路轉彎處（新石北路）設置了5×3.5米節制閘，汛期提閘泄洪，非汛期落閘蓄水。閘下游到南二環1.615公里土渠，底寬4—6米，上口寬15米，沿岸建筑垃圾、工業和生活廢棄物，已嚴重阻礙了渠道的行洪能力，同時也嚴重影響了城市景觀。

根據《石家莊市排水規劃》，橋西明渠收水面積為23.44平方公里，排水流量為49.55 m3/s,現狀編組站涵洞過水能力不能滿足排水需求?！妒仪f市防洪規劃》將橋西明渠排水出路分為兩個，一是在南二環路北側利用原有涵洞向南栗明渠分流15 m3/s，最終排入總退水渠。二是將橋西明渠眼延長，穿過南二環，沿鐵路編組站場西側南延，分流34.55 m3/s流量，排入五支渠。

即將建成的橋西明渠長3372米，建設內容包括：新建明渠373米、暗涵1860米、直徑3.2m玻璃鋼管道430米（兩根）,、隧道855米，污水管道320米。

此次新建的兩趟大管徑雨水管道，位于京廣鐵路線西，南二環路以南，穿越鐵路宿舍。單根長430米，管徑3.2米，管道介質為雨水，流量35m /s；玻璃鋼管道在我市雨污水工程中應用廣泛，但管徑3.2米且在我市應用尚屬首次。

三、玻璃鋼管道的特點

玻璃鋼管也稱玻璃纖維纏繞夾砂管（RPM管）。主要以玻璃纖維及其制品為增強材料，以高分子成分的不飽和聚脂樹脂、環氧樹脂等為基體材料，以石英砂及碳酸鈣等無機非金屬顆粒材料為填料作為主要原料。管的標準有效長度為6m和12m，其制作方法有定長纏繞工藝、離心澆鑄工藝以及連續纏繞工藝三種?？筛鶕a品的工藝方法、壓力等級PN和剛度等級SN進行分級分類。本工程使用的管道采用連續纏繞工藝。

玻璃鋼纏繞管道是一種輕質、高強、耐腐蝕的非金屬管道。它是具有樹脂基體重的玻璃纖維按工藝要求逐層纏繞在旋轉的芯模上，并在纖維之間遠距離均勻地鋪上石英砂作為夾砂層。其管壁結構合理先進，能充分發揮材料的作用，在滿足使用強度的前題下，提高了鋼度，保證了產品的穩定性和可靠性，使用壽命長達50年以上。其管道特點：

1、纖維纏繞玻璃鋼管道結構上分內襯層、結構層及外保護層三部分。其中，內襯層樹脂含量高，一般在70%以上，其內表面富樹脂層樹脂含量高達95%左右。通過對內襯所用樹脂的選擇，可使玻璃鋼管道在輸送液體時具有不同的耐腐蝕性能，從而滿足不同的工作需要；對需外防腐的場合，只需對外保護層樹脂進行認真選擇，便也可達到不同外防腐的使用目的。

根據不同的腐蝕環境，可選用不同的防腐樹脂，主要包括：間苯型不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、雙酚A樹脂、環氧樹脂及呋喃樹脂等，根據具體情況分別選用：對酸性環境，選用雙酚A樹脂、呋喃樹脂等；對堿性環境，選用乙烯基樹脂、環氧樹脂或呋喃樹脂等；對溶劑型使用環境，選用呋喃等樹脂；當酸、鹽、溶劑等腐蝕不是十分嚴重時，則可選用價格較為低廉的間苯型樹脂〔2〕。通過對內襯層不同樹脂的選擇，便可使玻璃鋼管道廣泛用于酸、堿、鹽、溶劑等工作環境中，表現出良好的耐腐蝕性能。

2、抗老化性能和耐熱性能好。玻璃鋼管可在-40℃～70℃溫度范圍內長期使用，采用特殊配方的耐高溫樹脂還可在200℃以上溫度正常工作。長期用于露天使用的管道，其外表面添加有紫外線吸收劑，來消除紫外線對管道的輻射，延緩玻璃鋼管道的老化。

3、抗凍性能好。在零下20℃以下，管內結冰后不會發生凍裂。

4、重量輕、強度高、運輸方便。玻璃鋼管道比重約為1.6左右，僅是鋼管或鑄鐵管的1/4～1/5，實際應用表明，在承受同樣內壓的前提下，同口徑、同長度的玻璃鋼管道，其重量約為鋼管的30%左右。正因如此，玻璃鋼管道在運輸時可套裝運輸，節省油耗及其它費用；安裝時，對中小口徑的玻璃鋼管道一般不需用重型機械，有的甚至可通過人工搬運，提高了安裝速度。

5、水力條件好。內壁光滑、輸送能力強，不結垢、不生銹、水阻小。

纏繞玻璃鋼管道內表面光滑，內壁絕對粗糙度僅為0.01 mm，遠小于鋼管及鑄鐵管的內壁粗糙度見表1，屬水力學光滑管。

表1 不同管材內壁絕對粗糙度

6、可設計性好。玻璃鋼管可根據用戶的各種特定要求，諸如不同的流量，不同的壓力，不同的埋深和載荷情況，設計制造成不同壓力等級和剛度等級的管道。

7、維護成本低。玻璃鋼管由于上述的耐腐，耐磨和抗凍和抗污等性能，因此工程不需要進行防銹，防污，絕緣，保溫等措施和檢修。對地埋管無需作陰極保護，可節約工程維護費用達70%以上。

8、耐磨性好。把含有大量泥漿，沙石的水，裝入管子中進行旋轉磨損影響對比試驗。經300萬次旋轉后，檢測管內壁的磨損深度如下：用焦油和瓷釉涂層的鋼管為0.53mm，用環氧樹脂和焦油涂層的鋼管為0.52mm，經表面硬化處理的鋼管為玻璃鋼管為0.21mm。由此玻璃鋼耐磨性能好。

9、電熱絕緣性好。玻璃鋼是非導體，管道的電絕緣性特優，絕緣電阻在1012-1015Ω.cm，最適應使用于輸電，電信線路密集區和多雷區玻璃鋼的傳熱系數很小，只有0.23，是鋼的千分之五，管道的保溫性能優異。

10、摩擦阻力小輸送能力高。玻璃鋼管內壁非常光滑，糙率和摩阻力很小。糙率系數為0.0084而混凝土管的n值為0.014，鑄鐵管為0。013，因此，玻璃鋼管能顯著減少沿程的流體壓力損失，提高輸送能力。因此，可帶來顯著的經濟效益：在輸送能力相同時，工程可選用內徑較小的玻璃鋼管道，從而降低一次性的工程投入；采用同等內徑的管道，玻璃鋼管道可比其他材質管道減少壓頭損失，節省泵送費用。

四、本工程施工技術條件

由于本次施工的范圍在人口比較密集的小區內，緊鄰居民樓，施工場地狹窄，增加了施工的難度。因此采用管徑3.2m的玻璃鋼管道，一是管徑減少10%，減少溝槽開挖寬度；二是縮短施工周期，減少施工對居民帶來的影響。如采用其他材質管道，管徑太大，不易制造和使用，占用施工場地也較大。

管道基本情況：管徑3.2m玻璃鋼管道，長度6米和12米兩種規格，管內介質為雨水。

（一）施工要求

（1）覆土厚度平均5米，溝槽開挖深度8—8.5米。

（2）管頂地面車輛荷載按超汽-20級計。

（3）管道接口為雙膠圈承插接口，接口內壁使用5mm厚玻璃鋼內襯加強，由供貨廠家制作。

（4）管道嚴密性實驗：管道嚴密性實驗按工作介質內壓0.4Mpa的1.5倍進行，試驗合格判定依據為允許壓力降值和允許滲水量值兩項，試驗方法見《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008）內容。

（二）管道裝卸

DN3200mm 玻璃鋼管管徑太大，管材進場后需二次搬倒，用25T吊車下管。北段吊車直接下管到溝槽底，逐根安裝。因小區內有地下管線，中段及南段無法用吊車一次下管到位，需用龍門架+鐵軌水平運輸。

（1）管道裝卸過程中應該輕裝輕放，嚴禁摔跌或者撞擊。

（2）管道裝卸機具的工作位置必須穩定，機具的起吊能力必須可靠。

（3）管道可以采取一個或者兩個支撐點進行起吊，要保證管道在空中均衡，嚴禁用繩子貫穿管道兩端進行裝卸管道。

（4）裝卸用的吊繩應該是柔韌、較寬的皮帶、吊帶或者繩索，嚴禁用鋼絲繩或者鎖鏈進行吊裝管道。

（三）材料存放

（1）管道到達現場應運至相應作業地段立即展開施工，如遇到不可抗拒因素無法立即進行施工，則要對管材進行安全存放

（2）玻璃鋼管道的輔助連接材料主要有玻璃纖維紗、短切氈 、玻璃絲布等增強材料和樹脂、固化劑、促進劑、抗老化劑等基體材料以及各種膠泥等 ，這些材料必須分類妥善存放在無陽光直射的干燥處。橡膠圈應防曬且遠離熱源，不得與油脂類和有機溶劑接觸。管道、管件應按類型、規格、等級分類堆放，層間應加軟質襯墊 ，遠離熱源和易燃易爆物品，不宜長期露天存放，防止爆曬。

（3）當管道直接存放在地上時，地面應該平坦。嚴禁將管道存放在尖銳的硬物上，所堆放的管道應該加木楔防止滾動。

（四）管道施工

1、管溝開挖

根據不同的地質條件確定不同的開挖斷面形式。本段土質為粘性土質，條件較好，受兩側宿舍樓房影響，溝槽放坡系數在1：0.33，因開挖超過8米，根據2009年住房和城鄉建設部發“關于印發《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》的通知”要求，開挖深度超過5米的基坑（槽）屬于“超過一定規模的危險性較大的分部分項工程”，需要采取支護措施。因此本溝槽采用土釘墻+錨噴的支護方法，保證施工安全。

2、溝槽驗收

本工程溝槽開挖長度430米，分兩次驗收，最小驗收長度為200 m，對連接長度不足的管溝不予驗收。對溝底高程、底寬、墊層料厚度等指標經驗收合格后，進行下一步管道施工。

3、管道切割

由于轉彎、井位限制，需在現場進行管道切割。玻璃鋼管道的切割，在需切割處畫好切割線 ，包括截斷切割線、與切孔相連的貫通切割線，用裝有切割鋸片的角向磨光機按畫好切割線的位置切斷管道或開孔。切口應平整，切割尺寸偏差應為±2mm，并涂上樹脂。在玻璃鋼管上開孔切割時，不得開方孔。

4、管道安裝

（1）下管時，管道承口應朝來水方向。為便于管口試壓時的排氣，玻璃鋼管安裝時應將試壓孔朝正上方。允許偏差為+5mm。玻璃鋼管下入溝槽時，不得與槽壁相互碰撞。溝內運輸管道不得擾動天然地基，每根管之間順槽方向錯開0.4m。

（2）安裝前徹底清潔管表面、凹槽、膠圈，并將膠圈涂好潤滑劑后由下部且無任何扭曲地放入凹槽內，用手沿圓周檢查整體膠圈密封就位。

（3）劃標記點、撞口。以承口的試壓孔中心量取Lx值。在插口兩膠圈中心到插口的標志方向，均勻的畫標記點（見圖一）。采用人工吊鏈撞口方法安裝，將承口端線與標記點重合。即安裝到位。

圖一

（4）安裝后用鋼板尺探測標記點到最近密封圈槽外壁的距離。與 L之差控制在±3mm即為合格（見圖二）

圖二

（5）管口試壓管道嚴密性實驗按工作介質內壓進行，試驗合格判定依據為允許壓力降值和允許滲水量值兩項，

由于玻璃鋼管之間采用承插式 雙“O”型密封圈連接，所以每安裝一根管道，必須進行管道嚴密性實驗：試驗方法參照《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008）內容。即在承插口處進行打壓，以檢測雙“O”型密封圈的密封效果。用試壓泵直接通過管頂的試壓孔。加水打壓至管道工作壓力0.4Mpa的1.5倍后停泵(操作過程中要打開排水閥排氣)，觀察15min，壓降值不超過試驗壓力的5%，且管口沒有滲漏現象時。管口試壓即為合格。若壓降降低較快。說明密封效果不佳 ，需重新安裝，以確保整個管道系統總體試壓成功。若壓降降低較快,說明密封效果不佳，需重新安裝，以確保整個管道系統總體試壓成功。

（五）管道安裝驗收

（1）檢查徑向撓曲值。按照規范要求，玻璃鋼管道安裝完畢24h內，應測試管道的初始徑向撓曲變形，管道不得出現隆起、扁平和其他突變現象。

（2）水壓試驗。為了全面檢查管道的安裝質量，按照《給水排水管道工程施工及驗收規范》規定的試驗方法進行試壓，允許滲水量可以按照鋼管的標準執行。

（六）回填土

（1）管道經檢驗合格后，方進行回填。首先回填工作坑。工作坑采用中砂回填。

（2）管道兩側500mm內中砂回填，并人工搗實兩側底部。以上部位分層土方回填，回填施工應連續進行，管頂500mm內采用電動沖擊夯或蛙式夯行，每層鋪土厚度不得超過200mm，管頂500mm以上可采用小型壓路機碾壓，每層鋪土厚度不得超過350mm。

（3）回填距管道150mm范圍內，不得有直徑大于250mm的石塊或硬土塊。應注意回填時管道兩側要同時進行，高度差不得超過500mm，以防止管道產生位移。

五、結論

本文簡要的介紹了大管徑玻璃鋼管道在民心河二期管網工程的應用，并結合施工情況情況進行了總結。工程設計較為復雜，其管材選擇、斷面布置、連接形式、閥井設施布置與城市供水有較大差別，均需要進行認真、細致的研究，與已建類似工程進行比較及針求專家意見是非常有效的措施。

本次大管徑玻璃鋼管道在我市城市基礎設施中的應用，不僅總結了施工經驗，也為下一步的大量應用奠定了基礎。

[1] 岳紅軍編《玻璃鋼夾砂管道》科學出版社（1998年 ）

[2] 傅國棟《淺談大口徑FRP管的發展前景》 玻璃鋼/復合材料（第3期1994年）

[3] 鐘 云《玻璃鋼管道的應用》 玻璃鋼/復合材料（第1期1997年）

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