簡議長距離輸水管道工程管材綜合比選

宋雙雙

安徽省城建設計研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230051

引言

某工程的正向輸水采用6.1m3/s的自流方式，向新建調節池輸送，再通過新機場連接線管道向新機場水廠輸送；反向輸水采用4.0m3/s泵站加壓方式，0.5MPa的工作壓力，即當干渠出現故障，或日常檢修時，可通過泵站加壓方式供應應急保障水。該工程由以上兩種輸水方式構成9種不同工況。

1 管道與管徑

輸水干管按《室外給水設計規范》(GB50013—2006)看，至少要2條，當具備安全供水設備時，僅設1條也可。因其運水距離較長，2條管道所需成本較大，最終選擇單管方案供水，因此要求管道具有更高的輸水保證率。其總水頭損失如下：

這里的hz就是管道總水頭損失；水頭的沿程損失用hf表示；水頭的局部損失則以hj表示。Hf 按達西公式計算：

這里的λ 是水頭局部損失的系數。在常供水條件下，按低運行水位進行工況設計時，可將水頭設定為16.82m，在將輸水流量Q設定為6.1m3/s時，輸水管道水頭損失總量正比于管道粗糙程度，反比于管道直徑，并在管道末端出口處考慮設置約1.0m的水頭富余量，故水頭最大損失量在15.82m以下，要求水頭損失不可過小，否則末端水頭剩余值過大，會浪費能量，讓工程成本加大，故應為管道選擇糙率與直徑的最佳匹配。經分析將輸水管道確定為糙率0.011～0.012、直徑2.40m的工程管材[1]。

2 管材比選

輸水管對管材有著較高的要求，按以往工程經驗，依據國內管材現階段生產、運用的具體情況，對涂塑復合鋼管、普通鋼管、預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管做比選。

（1）涂塑復合鋼管。涂塑復合鋼管需要在鋼管內表面通過熔融方式涂敷防腐層，再以塑料層或其他材料涂敷其外表面作為防腐層，屬于我國新發展的一種可用作管道材料的復合鋼塑產品。它具備鋼管易連接、耐火、耐水沖、強度高與塑料不易腐蝕、不結垢的優點。但涂塑復合鋼管的焊口及其防腐均要求在現場完成，而且必須用熱縮套，需要考慮天氣，質量不受控。

（2）普通鋼管。大口徑埋地管現階段運用最廣的管材就是普通鋼管，我國所用鋼管直徑最大為4000mm，焊管可采用螺旋縫埋弧焊，也可采用直縫埋弧焊，其內部承壓性極好。其技術成熟，施工方便，可銜接多種管材，地形復雜時，還可頂管施工。但因其易變形、剛度小、并耐腐蝕，須做除銹、防腐處理，成本高，且焊口及其防腐均需在現場完成，焊接施工時工作量大，施工質量不受控。

（3）預應力鋼筒混凝土管。預應力鋼筒混凝土管兼具混凝土抗壓、耐腐與鋼材抗拉、抗滲優點，其簡稱為PCCP，PCCP用的鋼筒是經水壓檢驗的，承壓能力強；承插接頭密封性強，安裝方便、快捷；耐腐、抗震，適應各種土層；內壁光滑，輸水性好，不會污染水質；在抗滲要求得以滿足的前提下，PCCP的單位造價較低。但因需要將多種材料組合到一起，其制造工序多，質控難度大；預應力鋼絲在管內水壓過高時易斷絲，難以維護。

（4）球墨鑄鐵管。球墨鑄鐵管強度高、延伸率高、硬度低、成本低、性能可靠、耐腐、使用壽命長，且擁有豐富的原料資源，因其可再生利用，不會破壞環境，在供水、輸氣系統中被廣泛應用。球墨鑄鐵管的柔性接口密封好、結構簡單，支持基礎變形，具抗震性，可支持管線的長距離轉向。按球墨鑄鐵管壁厚級別K，可分為K8級、K9級、K10級、K12級。其外壁防腐可噴鋅或涂瀝青，內壁防腐則通過襯水泥砂漿實現。將工廠生產的管材、運至現場安裝，可提高效率，縮短工期，唯一缺點是價格不低。直頂鋼管：管材自重小，摩擦阻力小，承受阻力小，管材剛性低，頂進長度較長，外防腐特殊防腐，覆土要求較高，施工工期較長，工程應用多，延米造價低。直頂球墨鑄鐵管：管材自重較大，摩擦阻力較大，承受阻力較大，管材剛性較高，頂進長度長，外防腐不需要，覆土要求低，施工工期短，工程應用較多，延米造價高。直頂PCCP：管材自重大，摩擦阻力大，承受阻力大，管材剛性高，頂進長度長，外防腐不需要，覆土要求低，施工工期短，工程應用較多，延米造價高。

（5）經濟指標。對滿足要求的管道作經濟指標對比，單價可綜合詢價與市場報價來確定。明挖法中，在管徑相同時，PCCP價格最低，鋼管與涂塑復合鋼管次之，球墨鑄鐵管最高；非挖頂管法中，在管徑相同時，也是球墨鑄鐵管價格最高，PCCP次之，鋼管最低。

3 管材、參數確定

（1）管材。明挖鋪設管材的直徑在1600mm～2600mm之間時，PCCP承壓好，價格有優勢，不過工藝復雜，質量不受控；涂塑復合鋼管同樣有價格優勢，更有防腐、糙率和壽命優勢，且不易結垢；球墨鑄鐵管只是價稍高些。

因該供水工程要求保證率高、質量高、管線長、工期緊，既有自流也有泵站加壓，且選擇的是單管方案，最終選擇Φ 2400mm的球墨鑄鐵管，價格雖高，但耐久性好、抗壓性強，安裝方便，壽命長，明挖、頂管均可，且運管費較低。

（2）防腐性能。Φ 2400mm的球墨鑄鐵管以12mm厚水泥砂漿內襯做防腐，因內襯糙率較大，易污染水質，內防腐需加以改進，在內襯表面噴涂無毒的水性環氧密封層，水質可達飲水級標準。內襯改進后即可防腐，又能保證水質。該環氧密封層取其糙率為0.012。管外以鋅+瀝青防腐。鋅層至少200g/m2，輔以瀝青層，70μm厚填料不影響涂層耐腐性。

（3）接口形式。球墨鑄鐵管可采用滑入式、機械式、法蘭式等接口，本次用的是T形滑入接口及K2型機械接口。K2型機械接口不需挖開管道，可在管道內直接更換橡膠圈，讓后期運管變得簡單。

4 結束語

按工程工期、特點、技術可行性，結合經濟指標，經過綜合考慮后，將工程管材選擇為K10級球墨鑄鐵管1－DN2400。并通過1km試驗段進行驗證，在外部載荷等考驗下良好運行至今，證明該設計完全可行。