遵化水平口濕地引退水管道工程管材比選探析

高彥君

（河北省水利規劃設計研究院有限公司，石家莊 050021）

1 工程概況

遵化沙河水平口水源地保護工程通過建設人工濕地，保護引灤入津水源地上游水質，改善和提高水環境承載能力。遵化水平口濕地引退水管道工程是水源地保護工程的子項目，工程區沙河干流全長5km，水質不達標，右岸分別有水質優良的北嶺河、魏進河匯入。為隔斷沙河水污染，于工程區上游布置壅水建筑物，水位抬高后，通過沿沙河右岸布設引水管道，穿北嶺河、魏進河后，至位于沙河、魏進河匯合口以下的人工潛流濕地進行凈化處理，引水管線全長2120m，重力自流引水，單管布置，管徑采用DN1100，如圖1。為保證潛流濕地正常高效運行，定期對各濕地單元進行檢查、維護，于沙河右岸灘地布設退水管道，退水支管布置于濕地各單元配水渠末端，支管匯集至退水干管，退水至水平口橡膠壩下游，全長650m，管徑采用DN500。為保障潛流濕地效益最大化，選取技術可行、安全可靠、經濟合理的引退水管材成為工程關鍵。

圖1 工程布置概化圖

2 輸水工程管材技術分析

近幾十年來，隨著科學技術不斷發展，管道輸水工程在新材料、新技術應用方面有了長足進步，管道產品實現了多樣化。目前可用于埋地輸水工程的主要有鋼管（SP）、玻璃鋼管（FRPM）、球磨鑄鐵管（DIP）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、預應力鋼筋混凝土管（PRCP）、聚氯乙烯管（PVC）、聚乙烯管（PE）、鋼絲網骨架PE管（SRTP）等各種管材［1-3］。實際工程中，不同外部環境和施工條件提出了對各種管材的不同需求，每種管材因生產工藝的差別，均有其自身的優劣性，管材本身不存在最優，在合適的條件下因材施用才是設計者考慮的關鍵［4］。結合國內管材生產和已建工程的經驗，本工程選擇常用的鋼管（SP）、球磨鑄鐵管（DIP）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）及玻璃鋼管（FRPM）等4種管材進行技術比較分析，如表1。

表1 輸水工程管材技術分析

3 引退水管材比選

3.1 管線布置場地分析

潛流濕地引水管道工程前期謀劃過程中，地方政府反映永久和臨時征地均困難，引水管線的布置只能在沙河右岸巡河路的征地范圍內完成，即管路結合方案；引水管線還需穿越沙河右岸北嶺河、魏進河兩條支流，若采用頂管或定向鉆穿越，對于DN1100的管道來說，施工難度大，且成本較高，最終結合兩條支流的疏浚工程采用大開挖倒虹吸穿越方案；退水管線位于濕地下游的灘地綠化區域內，建設及運行期的限制因素較少；另外，引退水管道工程作為水源地保護工程的一部分，要求工期短，不能影響總體工程進度。

3.2 引水管材管路結合段選擇

本工程引水管線主體采用管路結合布置方案，要求管材具備的主要性能是在運行期能夠承受路面車輛荷載。DIP管是添加球化劑的18號以上鑄造鐵水經高速離心鑄造而成，具有鐵的本質、鋼的性能，強度高、韌性好，可承受較高內水壓力、覆土靜荷載及地面活荷載；SP管由鋼板或鋼帶經卷曲成型焊接制成，抗拉強度高，可承受極高內壓和較高外荷載；PCCP管由嵌埋于高強混凝土內的薄壁鋼筒和管芯外環向纏繞的一層或多層預應力鋼絲復合而成，由于兼具鋼材和混凝土的特性，輔以經計算纏繞的預應力鋼絲，抗內外壓能力均較高；FRPM管是以不同品種樹脂為基體材料，玻璃纖維及其制品作為增強材料，石英砂和碳酸鈣為填充材料，按特定工藝復合而成的管材，管材可承受較高內壓，但抗外壓能力較差；4種管材當中，DIP管、SP管、PCCP管均可滿足運行期承受外荷載要求，而FRPM管管壁薄、脆性大，不滿足外荷載要求。

從工程進度方面考慮，要求管材具備能夠快速安裝的特性。SP管現場施工焊接工作量大，安裝進度較慢。PCCP管重量相對較大，需大型起吊機械，運輸和施工相對不便。DIP管采用承插連接，安裝簡單方便，不易受天氣影響，施工速度快；且DIP管滑入式柔性接口型式，結構簡單、密封性好，再輔以管材良好的可撓性和伸縮性，可適應地基在運行期承受外荷載而引起的不均勻沉降。

綜上分析，引水管材管路結合段選用質量可靠、安裝簡便、承受外壓能力強的球磨鑄鐵管。

3.3 引水管材穿越段選擇

本工程引水管線穿越北嶺河、魏進河兩條支流時采用大開挖倒虹吸穿越方案，與北嶺河基本正交、與魏進河斜交，管材應具備適應水平向和豎向轉角的特性。DIP管、PCCP管、FRPM管3種管材規格固定，如定制工程所需轉角的管材，投資將大幅增加。SP管生產工藝簡單，制品規格多樣，易于銜接，尤其是穿越河流、道路等障礙物、管道閘閥連接段、配套各種管材管件及管線彎折處具有明顯優勢。因此，引水管材穿越段選用可設計性強、加工靈活的鋼管。

3.4 退水管材選擇

退水管線布置范圍為綠化區域，運行期除覆土外無其他外荷載，要求管材應具備快速安裝和經濟的特性。從快速安裝方面考慮，DIP管和FRPM管均采用承插連接，易于安裝，其中FRPM管由樹脂、纖維、砂等非金屬材料復合而成，同口徑管材中重量最輕，單根管道長度最長，施工更加快捷，能大幅縮短施工周期。從經濟方面考慮，對于DN500的退水管材來說，SP管綜合費用為65.07萬元/km，DIP管綜合費用為60.61萬元/km，FRPM管綜合費用為44.25萬元/km，費用最低。因此，退水管線選用安裝簡便、綜合造價低的玻璃鋼管。

4 結語

（1）輸水管材的選擇。設計人員首先應熟悉掌握各種管材特性，再結合建設項目需解決的實際問題進行安全、技術、經濟多角度綜合比選；比選的重中之重是安全性，要充分考慮建設項目的荷載情況及荷載作用下地基的變形情況，其次是技術性和經濟性。

（2）球磨鑄鐵管在有外荷載和地基不均勻沉降的條件下可作為首選管材；鋼管在穿越河流，適應水平和豎向轉角方面優勢明顯；玻璃鋼管在承壓不大和建設期短的條件下可優先選用；實際工程中可針對項目建設、運行條件將不同管材組合使用。