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(shè)計(jì)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(diào)節(jié)池輸送，再通過新機(jī)場連接線管道向新機(jī)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(dāng)干渠出現(xiàn)故障，或日常檢修時(shí)，可通過泵站加壓方式供應(yīng)應(yīng)急保障水。該工程由以上兩種輸水方式構(gòu)成9種不同工況。

1 管道與管徑

輸水干管按《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50013—2006)看，至少要2條，當(dāng)具備安全供水設(shè)備時(shí)，僅設(shè)1條也可。因其運(yùn)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(dá)西公式計(jì)算：

這里的λ 是水頭局部損失的系數(shù)。在常供水條件下，按低運(yùn)行水位進(jìn)行工況設(shè)計(jì)時(shí)，可將水頭設(shè)定為16.82m，在將輸水流量Q設(shè)定為6.1m3/s時(shí)，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(shè)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(huì)浪費(fèi)能量，讓工程成本加大，故應(yīng)為管道選擇糙率與直徑的最佳匹配。經(jīng)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(duì)管材有著較高的要求，按以往工程經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)國內(nèi)管材現(xiàn)階段生產(chǎn)、運(yùn)用的具體情況，對(duì)涂塑復(fù)合鋼管、普通鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管做比選。

（1）涂塑復(fù)合鋼管。涂塑復(fù)合鋼管需要在鋼管內(nèi)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(fā)展的一種可用作管道材料的復(fù)合鋼塑產(chǎn)品。它具備鋼管易連接、耐火、耐水沖、強(qiáng)度高與塑料不易腐蝕、不結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)。但涂塑復(fù)合鋼管的焊口及其防腐均要求在現(xiàn)場完成，而且必須用熱縮套，需要考慮天氣，質(zhì)量不受控。

（2）普通鋼管。大口徑埋地管現(xiàn)階段運(yùn)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(nèi)部承壓性極好。其技術(shù)成熟，施工方便，可銜接多種管材，地形復(fù)雜時(shí)，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(xiàn)場完成，焊接施工時(shí)工作量大，施工質(zhì)量不受控。

（3）預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管兼具混凝土抗壓、耐腐與鋼材抗拉、抗?jié)B優(yōu)點(diǎn)，其簡稱為PCCP，PCCP用的鋼筒是經(jīng)水壓檢驗(yàn)的，承壓能力強(qiáng)；承插接頭密封性強(qiáng)，安裝方便、快捷；耐腐、抗震，適應(yīng)各種土層；內(nèi)壁光滑，輸水性好，不會(huì)污染水質(zhì)；在抗?jié)B要求得以滿足的前提下，PCCP的單位造價(jià)較低。但因需要將多種材料組合到一起，其制造工序多，質(zhì)控難度大；預(yù)應(yīng)力鋼絲在管內(nèi)水壓過高時(shí)易斷絲，難以維護(hù)。

（4）球墨鑄鐵管。球墨鑄鐵管強(qiáng)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(huì)破壞環(huán)境，在供水、輸氣系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。球墨鑄鐵管的柔性接口密封好、結(jié)構(gòu)簡單，支持基礎(chǔ)變形，具抗震性，可支持管線的長距離轉(zhuǎn)向。按球墨鑄鐵管壁厚級(jí)別K，可分為K8級(jí)、K9級(jí)、K10級(jí)、K12級(jí)。其外壁防腐可噴鋅或涂瀝青，內(nèi)壁防腐則通過襯水泥砂漿實(shí)現(xiàn)。將工廠生產(chǎn)的管材、運(yùn)至現(xiàn)場安裝，可提高效率，縮短工期，唯一缺點(diǎn)是價(jià)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(jìn)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(yīng)用多，延米造價(jià)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(jìn)長度長，外防腐不需要，覆土要求低，施工工期短，工程應(yīng)用較多，延米造價(jià)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(jìn)長度長，外防腐不需要，覆土要求低，施工工期短，工程應(yīng)用較多，延米造價(jià)高。

（5）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。對(duì)滿足要求的管道作經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比，單價(jià)可綜合詢價(jià)與市場報(bào)價(jià)來確定。明挖法中，在管徑相同時(shí)，PCCP價(jià)格最低，鋼管與涂塑復(fù)合鋼管次之，球墨鑄鐵管最高；非挖頂管法中，在管徑相同時(shí)，也是球墨鑄鐵管價(jià)格最高，PCCP次之，鋼管最低。

3 管材、參數(shù)確定

（1）管材。明挖鋪設(shè)管材的直徑在1600mm～2600mm之間時(shí)，PCCP承壓好，價(jià)格有優(yōu)勢，不過工藝復(fù)雜，質(zhì)量不受控；涂塑復(fù)合鋼管同樣有價(jià)格優(yōu)勢，更有防腐、糙率和壽命優(yōu)勢，且不易結(jié)垢；球墨鑄鐵管只是價(jià)稍高些。

因該供水工程要求保證率高、質(zhì)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(jià)格雖高，但耐久性好、抗壓性強(qiáng)，安裝方便，壽命長，明挖、頂管均可，且運(yùn)管費(fèi)較低。

（2）防腐性能。Φ 2400mm的球墨鑄鐵管以12mm厚水泥砂漿內(nèi)襯做防腐，因內(nèi)襯糙率較大，易污染水質(zhì)，內(nèi)防腐需加以改進(jìn)，在內(nèi)襯表面噴涂無毒的水性環(huán)氧密封層，水質(zhì)可達(dá)飲水級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)襯改進(jìn)后即可防腐，又能保證水質(zhì)。該環(huán)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(jī)械式、法蘭式等接口，本次用的是T形滑入接口及K2型機(jī)械接口。K2型機(jī)械接口不需挖開管道，可在管道內(nèi)直接更換橡膠圈，讓后期運(yùn)管變得簡單。

4 結(jié)束語

按工程工期、特點(diǎn)、技術(shù)可行性，結(jié)合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，經(jīng)過綜合考慮后，將工程管材選擇為K10級(jí)球墨鑄鐵管1－DN2400。并通過1km試驗(yàn)段進(jìn)行驗(yàn)證，在外部載荷等考驗(yàn)下良好運(yùn)行至今，證明該設(shè)計(jì)完全可行。