淺談長距離供水工程管材的選擇

□ 俸榮偉

隨著城鄉一體化的快速推進，長距離供水工程逐年增多。在長距離供水工程中，供水管材投資占工程總投資的比重也越來越大，因此供水企業如何選擇經濟合理、技術適用的供水管材是企業不斷關注的問題。本文結合廣西壯族自治區北海市鐵山港區原水供水管道改擴建工程實例，從投資經濟、管線工程地質、管道安裝、管道后期管理維護、使用年限等分析，推薦DN1400和DN1600管徑使用PCCP管；DN800管采用球墨鑄鐵管作為輸水管材。

1 概述

1.1 工程概況

北海市鐵山港區原水供水管道改擴建工程主要負責供應鐵山港自來水廠原水和鐵山港工業用原水，設計供水總規模為44.7萬m3/d，現狀供水能力僅為8萬m3/d，原水供水工程主要鋪設4根DN1200的玻璃鋼夾砂管約26km，但由于部分管段多次發生爆管事故，據現場統計，2016—2020年爆管維修記錄共計107次，存在極大的運行安全隱患，且搶修維護工程量和費用逐年增加，嚴重影響鐵山港區的供水安全。另外，根據鐵山港區工業園項目的建設進度和發展規劃，預測2023年鐵山港區計劃總需水規模為26.95萬m3/d，現狀供水能力無法滿足供水要求，因此對供水管道進行升級改造是非常必要的。

工程在隧洞出口的連通井新增2條供水管道，設計輸水方式采用有壓重力式自流供水。供水管道設計最高日供水量26.95萬m3/d ，設計引水流量Q=3.43m/s ，經濟流速為0.8m/s～1.5m/s，項目供水管網總長約42km，單根管線長約21km。

1.2 用水量需求預測

根據鐵山港區現有企業、居民用水需求資料以及鐵山港區工業園項目的建設進度和發展規劃，預計2023年鐵山港區總用水量為26.95萬m3/d（見表1）。

2 管徑選擇

工程設計2個管徑比選方案，其中方案一將新建2條DN1600和DN1400供水管，方案二將新建1條DN2000的供水管，該工程推薦采用方案一（見表2）。

3 管材選擇

3.1 管材選擇原則

對管材的選擇，主要從技術和經濟兩方面進行綜合比選，評定內容主要包括以下幾方面:

（1）管材具有安全、穩定的性能，并且能夠同時承受工程要求的內壓和外部荷載；

（2）管材能適應管道敷設區的地形地質情況；

（3）管道具有良好的密實封閉性和防漏能力；

（4）管材來源有保證，管件配套齊全；

（5）管材施工方便，有利于節約工期；

（6）管材使用年限相對較長，且維修費用及工作量少；

（7）管材內壁光滑，在相同的條件下輸送水的能力可一直保持不變；

（8）工程造價低、技術經濟指標合理等。

表1 鐵山港區工業計劃用水統計表

表2 管徑方案比選分析

3.2 技術規范推薦

參照《城鎮供水長距離輸水管道（渠）工程技術規程》（CECS 193—2005） ，當管道敷設地的地質條件較好，使用壓力較低（1.0MPa以下）時，對于大口徑輸水管道（DN1200及以上），可以通過選擇鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管、鋼管進行管材比選[1]。當管道穿越特殊地段如穿越河流、鐵路、高速公路等時，宜優先選擇鋼管。

住房城鄉建設部、水利部等部委聯合印發的《中國節水技術政策大綱》規定，推廣使用新型管材，提出管徑大于DN1200mm的管材優先考慮PCCP管；管徑為DN300mm～DN1200mm的管材優先采用塑料管和球墨鑄鐵管；管徑小于DN300mm的管材優先采用塑料管，鍍鋅鐵管將逐步淘汰。

3.3 管材選擇

目前在長距離供水工程中，常用供水管材主要有鋼管、球墨鑄鐵管以及預應力鋼筒混凝土管（以下簡稱PCCP管）[2]。北海市鐵山港區原水供水管道改擴建工程供水管道總長度約42km，管道的建設投資約占工程總投資的45%，因此工程選擇技術適用、經濟合理的管材至關重要。根據工程運行要求，選擇鋼管、球墨鑄鐵管、PCCP管作為管道的備用管材，并從水力學、技術性能、抗腐蝕性能、施工及維修等方面進行比選。

3.3.1 水力學條件分析

鋼管采用內涂層防腐時糙率為0.009～0.012，PCCP管糙率為0.012～0.0125，球墨鑄鐵管糙率為0.011～0.012，3種管材的糙率及過流能力基本相當。

3.3.2 技術性能方面

根據《預應力鋼筒混凝土管標準》（GB/T1 9685—2005），PCCP管頂覆土深度最大為10m，工作內壓最大為2.0MPa；根據《水及燃氣用球墨鑄鐵管、管件和附件標準》（GB/T 13295—2013）要求K9級球墨鑄鐵管工作內壓最大為2.4MPa，承受最大負壓為9m；鋼管工作內壓最大為2.5MPa，承受最大負壓為10m。

工程采用管徑為DN1400～DN1600，上述3種管材均能滿足技術性能要求。

3.3.3 抗腐蝕性能方面

PCCP管及鋼管受地下水及場地土的腐蝕影響，需采取一定的防腐措施，管道造價增加。球墨鑄鐵管本身耐腐蝕能力強，球墨鑄鐵管在出廠前已完成內外防腐處理，施工現場不必再做防腐處理[3]，管材防腐費用排序為鋼管＞PCCP管＞球墨鑄鐵管。

3.3.4 施工及維修方面

PCCP管和球墨鑄鐵管采用承插接頭，接口方便，但單節管長5m～6m，接頭數量較多，且單節管重量較大，PCCP管吊裝和搬運相對困難，需要使用大型機械吊裝[4]；鋼管在現場焊接，對焊接的工藝要求較高，工作量大施工速度較慢，且為確保焊接安全，施工場地保持干燥。從定期維護檢修考慮，鋼管維護費用最高，其次是PCCP管，球墨鑄鐵管維護費用最低。

表3管材性能對比結果表明，PCCP管、球墨鑄鐵管和鋼管抗內外壓能力、防滲性能等相差不大。PCCP管和球墨鑄鐵管采用密封膠圈對接，管道密封性好，對接容易，且能適應地基沉陷、變形，維修方便、維修時間短、維修費較低，管材總造價較低。而鋼管耐腐蝕性能力較差，焊接接頭不易檢查，防腐要求高，維修復雜、修復時間長、維修費用高，管材造價最高。

根據表4、表5可知，從經濟角度而言，工程采用鋼管的方案工程建設總投資最大，其次是采用球墨鑄鐵管，而采用PCCP管的工程建設投資最少。從施工角度而言，鋼管接口采用焊接，工程管道較長，焊接工作量及難度較大，對工期、投資有較大的影響；球墨鑄鐵管及預應力鋼筒混凝土管均可采用承插口連接，施工簡單、快捷。從管道抗內壓能力、抗外壓能力、耐腐蝕性、管道安裝維修、施工等方面考慮，球墨鑄鐵管均占優勢。根據工程地勘資料，管線的敷設地質環境現狀，管道絕大部分處于原狀土地層，球墨鑄鐵管和PCCP管均可滿足工程的運行要求。經綜合分析，雖然球墨鑄鐵管在多方面均有優勢，但球墨鑄鐵管工程總投資比PCCP管工程總投資多1.26億元，約占總投資的33.25%，對工程總投資影響較大，為確保工程的安全運行，提高供水保證率，又滿足經濟合理的要求，故工程推薦PCCP管為主要供水管材。同時，部分需要跨越防洪堤、高速公路、河流等的供水管道均采用球墨鑄鐵管。

表3 管材主要性能分析表

表4 三種管材綜合造價分析表 （單位：元/m）

表5 三種管材工程建設投資分析表 （單位：億元）

4 結語

工程屬于長距離供水工程，從投資經濟、管線工程地質、管道安裝、管道后期管理維護、使用年限等角度出發，根據地形地貌和管道壓力因地制宜選擇不同管材的組合方式，即地形地貌、地質條件較好的路段優先選用PCCP管；對部分地質條件不佳、易發生不均勻沉降、管道運行安全隱患較大的路段優先采用球磨鑄鐵管，既可保證工程的正常運行，又達到經濟實用的目的。