塔城地區額敏縣瑪熱勒蘇鄉抗旱應急水源連通工程供水管道管材設計探討

阿不來提·阿不都熱依木

（新疆水利廳農牧區水利總站，新疆 烏魯木齊 830000)

0 前言

擬建的塔城地區額敏縣瑪熱勒蘇鄉抗旱應急水源連通工程位于額敏縣瑪熱勒蘇鄉境內鄉的阿克蘇水庫灌區，額敏縣瑪熱勒蘇鄉灌區分阿克蘇水庫灌區和馬拉蘇河灌區，由于阿克蘇水庫調蓄能力有限，在用水高峰期，每年還需從馬拉蘇河調水1400萬m3，并抽取地下水820萬m3，使項目區地下水位下降趨勢及區域生態日益惡化。目前向瑪熱勒蘇鄉阿克蘇水庫灌區調水的馬拉蘇調水干渠渠首瑪拉蘇河渠首已損毀，靠臨時取水口引水。遇旱年時，渠道引水量極少，再加上渠道沿線建筑物受河道洪水的影響，經常出現斷流，向阿克蘇水庫調水得不到保證，項目區抗旱應急水源日漸枯涸，且部分完全喪失抗旱應急功能。《額敏縣瑪熱勒蘇鄉抗旱應急水源連通工程初步設計》中主要完成建設15.277 km的供水管道及管道沿線建筑物。管道是工程的主體部分，因為它在工程中需要更多的數量，占投資的很大比例，所以選擇哪一種管道材料尤為重要。目前國內自壓供水管道有預應力混凝土管道、鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管道、玻璃鋼管、PVC-U管道、薄壁鋁合金管道、PE管道、預應力鋼管等。薄壁鋁合金管和斜管主要用于地面移動支管，其他類型的管材使用在地埋式輸水管道上。

1 概況

額敏縣瑪熱勒蘇鄉抗旱應急水源連通工程供水水源為額敏縣境內的馬拉蘇河的瑪熱勒蘇水庫水?，敓崂仗K水庫距離額敏縣縣城約34 km，距離瑪熱勒蘇鄉政府約15 km。在規劃中，該水庫被列為遠期控制性骨干工程，工程規模為中型。

額敏縣瑪熱勒蘇鄉抗旱應急水源連通工程設計引水流量0.83 m3/s，根據《水利水電等級劃分及洪水標準》SL225—2000與《灌溉與排水工程設計規范》GB50288—99規定，本工程為小⑴型，主、次及臨時建筑物等級均為5級，建筑物設計洪水標準為10年一遇，校核洪水標準為20年一遇。

《額敏縣瑪熱勒蘇鄉抗旱應急水源連通工程初步設計》中主要完成建設15.28 km的供水管道及管道沿線建筑物、供水管道設計管徑1.0 MPa、DN700玻璃夾沙管1.53 km，管道沿線建筑物有減壓閥井3座，檢修閘閥井6座，鎮墩36座，排水井6座，排氣井17座，管道沿線的防洪堤300 m（0＋400～0＋700管段），過洪建筑物3座，管線過道路、過渠道、過管道交叉建筑15座，管理房1座。

2 供水管道管材選擇

經過對預應力砼管、球墨鑄鐵管、鋼管、玻璃鋼管、PVC-U管和PCCP管等不同管材比較分析，建議大、中型輸水管（DN＞400 mm）應以玻璃鋼管為主，小口徑管道（DN≤400 mm）以PVC-U管為主。

分析如下：

預應力砼管承壓能力一般，一般在0.4 MPa～1.2 MPa，砼管的抗腐蝕性能力差，且重量大，同樣管徑時比玻璃鋼管重十幾倍，運輸、安裝均不便，且破損率較高[1]。

球墨鑄鐵管作為骨干水管使用時，在綜合成本（管道、安裝、土建等）方面，比其他直徑相同的管道，特別是玻璃鋼管要高，而它們的重量是玻璃鋼管的十倍以上。每根管子的長度都比玻璃管子短。優點是工作可靠，使用壽命長，約60年～70年。長期使用后，其粗糙度會隨運行時間的增加而增加。增加頭部損失，影響過度流動。

鋼管的承壓較高，通常為1.5 MPa～4.0 MPa。與鑄鐵管相比，管段較長，承受較大的壓力和較強的抗震能力。但容易腐蝕，壽命約30年。鋪設時應在土層中保護好。其綜合成本也高于玻璃鋼管，內部腐蝕處理難度較大。與玻璃鋼管相比，仍有粗糙的管壁和水頭。損失巨大，生命短暫。重量大的缺點，此外，大口徑鋼管需采用直縫卷焊法加工，制造困難，須根據需要定做。

大口徑的PCCP管的壓縮容量為0.4 MPa～2 MPa，使用壽命長（通常為75年），鋼大且無變形。抗壓能力強，適合深埋和山坡敷設。防震性能好，耐磨性好，還具有鋼管防滲、抗拉的優點。PCCP管的重量很大。同樣的直徑比玻璃鋼管重好幾倍。運輸和設施都很不方便。同時，還需要專門的專業設備和安裝小組。一旦安裝完竣工驗收后，安全性較高，維護量很小，管徑沒有變形。

在同樣的流量和損耗的情況下，玻璃鋼管的直徑比預應力混凝土鋼管和PCCP鋼管減少一至兩級，比鋼管和球墨鑄鐵管少1/10。玻璃鋼管內壁光滑，摩擦系數?。?.861×105），頭部損耗小；玻璃鋼具有較強的耐腐蝕和阻塞性，不耐腐蝕，重量輕，可塑性強，運輸和安裝方便，易于掌握安裝技術，技術上可行；耐熱性與抗凍性好，在-40℃～80℃范圍內可長期使用50年，維修簡單；管材來源廣，新疆已能生產從0.6 MPa～2.5 MPa多種規格的玻璃鋼管，選擇范圍較廣[2]。缺點是玻璃鋼管抗外壓能力和耐震性能較差，施工安裝時對管溝和墊層處理需作較嚴格的要求。

由于球墨鐵管的價格高于其他管材，上述各種材料的管材對農業工程沒有價格優勢。由于預應力混凝土管道的內壓阻力差，不適合工程地區高壓工作條件。因此，從技術性能、工程造價和適應性等方面，重點研究了多管徑＞400 mm玻璃管和電控管在新疆供水管道中的應用。

3 玻璃鋼管和PCCP管的比選

3.1 技術性能

3.1.1 耐壓

玻璃鋼管在0.4 MPa～2.5 MPa的范圍內可以承受內壓，承受外壓的能力略差。如果要加強承受內外壓力的能力，就必須增加管壁的厚度，加強回填土的處理；所述的PCCP管可承受0.4 MPa～2.0 MPa的內部壓力，并具有較強的承受外部壓力的能力。同時，它也能承受一定的負壓。

3.1.2 液壓特性

玻璃鋼管的內表面光滑，摩阻系數小，長期使用無縮放。如果給泵加壓，可以大大降低泵的傳輸力，產生節能效益。PCCP管的粗糙度比玻璃鋼管大。在要求輸出壓力和流量的前提下，PCCP管的直徑比玻璃鋼管增加1～2級。

3.2 施工安裝和運行維護

玻璃鋼管重量輕，運輸、升降比較方便，也可以根據用戶的需要增加或減少單管長度。安裝frp管道需要更高的土壤要求。一般來說，不適宜有土塊、石塊等，基本處理成本較高。對回填土和回填質量的要求也很高。例如，操作不當容易造成管道變形，降低耐壓性能。由于玻璃鋼管的環向和軸向熱膨脹特性不一樣，鋪設時對溫度要求相對較高。由于玻璃鋼管承受外荷承和抗震性能較弱，在運行管理中也應注意。

3.3 對項目區自然條件和項目工作條件的適應性

3.3.1 項目區自然條件

項目區多數管道段沿線地下水埋深較深，管道無地下水影響。從地質剖面圖上看，多數管道位于細粒土礫區，表層沉積有0.3 m～1.0 m厚的粉質壤土夾有少量砂礫石，以下為砂卵石、砂礫石，厚度大于10 m，其中2～4 cm、1～2 cm左右含量占70%～80%左右，其他為粉細砂，粗砂。2 m深度細粒土礫層地基承載力標準值 fk＝300 kPa～500 kPa[3]。

3.3.2 項目工作條件

本項目為自壓供水，供水管壓力差248.04 m，管網系統的設計中需采用降壓措施。

從自然條件方面看，玻璃鋼管由于自重輕、有較強的抗腐蝕性，對細粒土礫區，其管道基礎需加鋪砂墊層，以保護管道不受損壞，對回填土也有一定質量要求，回填土需篩分或外運。PCCP管由于自重較大、能承受較大的外壓、對回填土沒有特殊要求，適應性較好[4]。從本項目的工作條件方面看，PCCP管具有較好的適應性。

3.4 綜合造價的比較

由于兩種管材的造價均較高，綜合造價以每米的單價、運輸安裝費用進行比較，其中運輸費以昌吉原廠拉運進行計算。見表1。

表1 供水管道相同流量和壓力條件下玻璃鋼管與PCCP管經濟比較

由表1分析可以看出，在相同流量情況下，PCCP管綜合造價較高，且管徑越小與玻璃鋼管相差越大，玻璃鋼管綜合單價明顯低，因此玻璃鋼管經濟。

4 結論

玻璃鋼管與PCCP管是現在大口徑有壓供水的兩種常用管道，各類管材從性能、投資、運行、運輸、安全、安裝、維護等多方面各有千秋。在本階段，根據以上綜合對比，供水管道采用玻璃鋼做為控制投資和經濟評價依據。