周三省

（河北省滄州市水務局，061000，滄州）

南水北調配套工程滄州市輸水管道工程，位于華北平原東部，河北省保滄干渠下游，線路全長65.8km，全部明挖槽鋪，采用雙排DN1 800 mmPCCPL管道長12.8km，壁厚115 mm，設計內壓0.6 MPa；單排 DN2 000 mmPCCPL管道長32.4km，壁厚125 mm，設計內壓0.6 MPa；單排DN900 mmDIP管道長 20.6km，壁厚 11.2 mm，設計內壓1.0 MPa。管線穿越地勢平坦廣闊的華北油田和鹽漬土地區(qū)，沿線村莊星羅棋布，河渠、堤防、鐵路、公路縱橫交錯。輸油、輸氣、給排水管道、電力、電信電纜交織如網(wǎng)，使輸水管道工程設計與施工難度增加。

一、管材選擇

管材質地決定管道的強度，抗腐蝕性及工作壽命是輸水管道發(fā)生泄漏和爆管事故的重要原因，同時管材的投資一般占工程總投資的一半以上，因此在工程前期，按照工程不同部位和要求，合理選擇管材十分重要。

1.管材選擇原則

包括6個方面：①管材性能可靠，質量符合國家標準，能夠承受設計要求的內外荷載；②耐腐蝕性好，有良好的抗?jié)B性及耐久性；③水力條件好，粗糙系數(shù)小，輸水能力基本保持不變；④施工方便、安全、容易安裝；⑤工作壽命長；⑥工程造價和維修費用低。

2.不同管材的優(yōu)缺點

（1）內襯式預應力鋼筒混凝土管（PCCPL）

①優(yōu)點：具有高密封性、高強度、高抗?jié)B性的技術特性；具有良好的防腐性和耐久性；水力條件好，不結垢，管壁光滑，水流阻力小；采用承插口半柔性接頭，耐震性能好；工作壽命長 （一般可達 75年）；價格低廉（DN1 800 mm單價3 329元/m）。

②缺點：制造工序多，加工工藝難度相對較大，容易產(chǎn)生管體裂縫；接頭灌漿易開裂；管件重量大（DN1 800 mm 重量 2.30 t/m）。

（2）離心球墨鐵管（DIP）

①優(yōu)點：具有高延伸性、高抗拉性、高抗彎曲性的技術特性；管件電阻較大，不易產(chǎn)生電腐蝕，耐腐蝕性強；采用承插接口，柔性接頭，承受局部沉降能力好；工作壽命長（一般50～100 年）；管壁薄、重量輕（DN900 mm重量 0.28 t/m）；價格適中（DN900 mm單價1 866元/m）。

②缺點：大口徑DIP管壁薄，承、插口端容易變形，影響管道鋪設；長期使用其粗糙度會隨時間增長而增加影響過流量；DN>1 400 mm及DN≤200 mmDIP鑄造難度大，相對價格高。

（3）鋼管（SP）

①優(yōu)點：具有金屬密度高、極好的機械強度、抗彎抗拉性能強的特性；可以承受極高的內外壓（一般為1.5～6.0 MPa）；管件長，制造精度高，表面質量好，容易加工；重量輕（DN900 mm，0.23 t/m）。

②缺點：SP剛度小，易變形，施工時組合焊接工作量大；鋼材易銹蝕，防腐處理難度大；工作壽命短（一般20～30 年）；價格高（DN1 800 mm 單價7 669元/m）。

3.管材的組合

按照管材選擇原則，對比PCCPL、DIP、SP三種管材的優(yōu)缺點，進行經(jīng)濟技術比較，確定主管材采用PCCPL及DIP。穿越鐵路采用混凝土箱涵，內套SP；穿越高速公路、國道省道采用混凝土頂管，內套SP；穿越縣級公路，挖槽鋪設SP，管頂設置混凝土墊層；穿越堤防，SP外包鋼筋混凝土；穿越河渠，明挖敷設，當渠底長小于20 m采用SP，大于20 m采用PCCPL或 DIP。同時在穿越建筑物和管道彎折處選用SP連接。

二、管道防腐

輸水管道防腐常用兩種方法：一種是隔離法，采用非金屬材料（環(huán)氧煤瀝青、水泥砂漿）涂抹在管道表面；另一種是電化學保護法（犧牲陽極陰極保護）。輸水管道工程考慮鹽漬土和雜散電流干擾的腐蝕環(huán)境，綜合采用這兩種方法，對抑制管道腐蝕能達到很好的效果。

1.沿線土壤腐蝕的評價

管道沿線是沖積平原地貌，土壤主要以壤土、黏土、砂壤土和鹽漬土為主，據(jù)設計單位地質勘察，土壤電阻率在3.16～20.00 ΩM范圍內，管線長43.98km，占管線長 67%，具有強腐蝕性；電阻率在 20.10～50.00 ΩM 范圍內，管線長21.82km，占管線長33%，具有中等腐蝕性。

南部地區(qū)地下水礦化度能達到1.86～2.54 g/L，屬微咸水；北部地區(qū)礦化度能達到7.39 g/L，屬咸水。溶于地下水中化合物分離的CL-、、Na+、Mg2+含量會隨著礦化度的增高而急劇增加，對金屬腐蝕產(chǎn)生嚴重危害。鹽漬土中存在大量的 Na+、K+、Ca2+等陽離子，以及等陰離子。這些水溶性鹽類溶解在地下水中，隨著毛細管上升至地面，形成破壞性鹽性環(huán)境。

地上水大部分對管道沒有腐蝕性，但是小白河西支河水含有硫酸鹽，對管道具有強—中等腐蝕性。

2.雜散電流干擾

輸水管道穿越3處鐵路、5處國道省道、78處縣級公路 （含土路）；地下與華北油田油、氣、電纜、光纜交叉，地上有緊鄰的變電站、高低壓電線、泵站和村莊。這些直流電源或電力設備產(chǎn)生的在土壤和地下水中流動的雜散電流，使埋在地下的輸水管道遭受嚴重的局部腐蝕、穿孔、泄漏和損壞。

3.管道防腐措施

（1）涂層內外防腐

①外涂層。環(huán)氧煤瀝青具有優(yōu)異的物理機械性能和抗化學介質浸泡性能，還具有有效電絕緣性和粘結性，同時耐水、耐鹽霧、抗微生物侵蝕、抗?jié)B透性、抗雜散電流的優(yōu)異性能，因此，最適用于管道外涂層材料。

PCCPL、SP采用無溶性特加強級環(huán)氧煤瀝青噴涂，干膜厚度600 μm；DIP管外噴涂金屬鋅 （含鋅量不小于99.99%），重量不少于 130 g/m2，再涂敷瀝青漆或環(huán)氧樹脂漆，涂層干饃平均厚度≥70μm，局部最小厚度不小于50μm，最大干膜厚度<250 μm。

②內涂層。所有管道內表面涂敷水泥砂漿襯里，水泥選用普通硅酸鹽水泥，在硫酸鹽腐蝕控制區(qū)，選用鋁酸三鈣含量不高于5%的普通硅酸鹽水泥。水泥砂漿抗壓強度≥48MPa，機械噴涂厚度DN900mm為10mm，DN1800mm為14mm，DN2000mm為15mm。

（2）犧牲陽極陰極保護

①PCCPL管道陰極保護。陰極保護原理：犧牲陽極是相比電位更負的金屬，在電解質（土壤）中，將足夠數(shù)量的電子送到混凝土金屬表面，強制使混凝土金屬成為陰極，阻止該金屬釋放電子，就能抑制混凝土金屬的腐蝕，從而使被保護的金屬得到保護。

PCCPL管道陰極保護準則：陰極保護電位（管/地界面極化電位），應負于-850 mV或更負 （相對應飽和硫酸銅參比電極，簡稱CSE）。管道極化電位差≥100 mV。最低負電位≥-1 200 V。保護電流密度i=0.15 mA/m2。鋅合金陽極使用壽命30年。

電連續(xù)性：每個保護單元PCCPL之間進行電連續(xù)跨接，保證預應力鋼絲和鋼筒之間陰極保護電流的連續(xù)性，每個保護單元內有排氣井、泄水井、檢修井構筑物時，在管件兩端進行電連續(xù)跨接，陽極電纜與帶狀鋅極采用鋁熱焊接方式進行連接。

電絕緣性：為防止雜散電流干擾和PCCPL管道保護電流的流失，在保護單元管道兩端，分支處以及外部管道連接處安裝絕緣設施進行電絕緣，同時在兩種不同材質管道的分界處，直流干擾段的兩側都要進行電絕緣。

②DIP管道陰極保護。球墨鑄鐵由于電阻較大，通常電阻值為50～70 Ω，是鋼的5倍左右，故不易產(chǎn)生電腐蝕，加上DIP管道使用橡膠密封圈封水，更加提高了其電阻值，所以不需要進行陰極防腐保護。

③陰極保護系統(tǒng)失效。由于人為因素、意外或施工等原因會造成陰極保護系統(tǒng)的物理性破壞，使得陰極保護系統(tǒng)失散，常見的情況有：新建立的犧牲陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)，其中有一個系統(tǒng)未設置，使陰極保護不能運行；陰極保護系統(tǒng)設置不正確，未能提供足夠的保護電流；陰極保護系統(tǒng)部件遭到破壞，一個或多個部件失效；陰極保護系統(tǒng)部件失效，有20%以上的時間未運行；施工單位未按設計要求施工或擅自修改設計施工。

三、管道防滲漏

管道出現(xiàn)漏水主要原因：一是材料質量差，當受到內外負荷超過管道極限承載力時，結構就會受到損壞。二是地基不均勻沉降，使管身和接口產(chǎn)生應力和應變彎曲，超過允許值時，導致接口脫出、開裂和斷開。三是在施工中，不符合施工規(guī)范和設計要求，盲目施工造成施工質量差。管道漏水輕者出現(xiàn)射流或滴漏，重者出現(xiàn)爆管事故，因此預防漏水具有重要的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

1.管材質量的管控

建設單位向生產(chǎn)廠家派駐監(jiān)造工程師，對原材料、生產(chǎn)過程、成品檢驗進行全過程監(jiān)造。未經(jīng)監(jiān)造工程師簽字，原材料不得使用，產(chǎn)品不得交付。監(jiān)造工程師與建設、質量監(jiān)督、檢驗等單位密切配合，從源頭上嚴格控制生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)質量。

建設、監(jiān)理、施工等單位對運到工地的管件、配件、附件進行接收檢查，檢查產(chǎn)品合格證與出廠證、產(chǎn)品質量證明書與檢驗報告等，重點對外觀尺寸與表面質量進行抽查，凡是標志不清、技術條件不明、技術指標不符合標準規(guī)定或設計要求的，不予接收。

PCCPL出現(xiàn)以下情況不得使用：管子內壁混凝土表面不平整光潔，表面出現(xiàn)直徑或深度大于5 mm的空洞或凹坑以及浮渣、露石、嚴重的浮漿層和蜂窩、集中麻面等缺陷；管子承插口端部管芯混凝土出現(xiàn)缺料、掉角、空洞等瑕疵；管子外保護層出現(xiàn)空鼓、裂縫、分層及剝落現(xiàn)象；管內表面出現(xiàn)的環(huán)向裂縫或螺旋裂縫寬度大于0.5 mm，距管道插口端300 mm以內出現(xiàn)的環(huán)向裂縫寬度大于1.5 mm；管內表面沿管子縱軸線的平行線成15°夾角范圍內存在裂縫長度大于150 mm的縱向可見裂縫；管子承插口橢圓度超過12.7 mm或大于0.5%；管子端面傾斜度超過6 mm（管子公稱內徑400～1 200 mm）或超過9 mm（管子公稱內徑 1 400～3 000 mm）。

DIP出現(xiàn)以下情況不得使用：管子表面出現(xiàn)凹陷、裂縫、重皮、毛刺等鑄造缺陷超出規(guī)范和設計要求；飛邊清除后造成壁厚減薄超過壁厚允許值；承插口密封工作面有連續(xù)軸向溝紋；管內表面上任何凸起高度超過內襯厚度的1/2。

2.預防地基不均勻沉降

溝槽開挖做好施工排水。布設排水溝，排除地面水，布設管井，排除地下水，使地下水控制在溝槽底0.5 m以下，以便干場作業(yè)。

管溝基礎采用中粗砂墊層，厚15～20 cm，砂料含泥量不應大于5%。遇有淤泥時，清淤換土，進行基礎換置，使地基承載力達到設計要求。

圖1 管溝槽回填分區(qū)圖

溝槽回填分區(qū)域采用不同的密實度（見圖1），墊層Ⅰ區(qū)中粗紗和管基Ⅱ區(qū)砂礫料壓實度≥95%，壓實相對密度≥0.75；管身Ⅲ區(qū)回填土壓實度≥90%，壓實相對密度≥0.7；緩沖覆蓋層Ⅳ區(qū)，回填土與Ⅲ區(qū)同時進行，但管頂1/3外徑范圍內的回填土不準碾壓；復耕區(qū)Ⅵ區(qū)，回填清表土，留有適當?shù)某两盗?。這種回填方式，使管道頂部的填土處于中松側實的狀態(tài)，形成一定的拱效應。

3.加強安裝質量

（1）橡膠圈安裝

橡膠圈外觀質量應符合以下要求：顏色均勻，表面不應有游離硫；材質致密，無肉眼可見的雜質、氣孔、裂縫及其他有礙使用的缺陷；單個橡膠圈上凹凸不超過1 mm，面積不超過6 mm2，且不多于3處；飛邊須除凈，其厚度不應超過0.4 mm，剪損寬度應不超過0.8 mm；無平面扭曲現(xiàn)象，帶接頭的橡膠圈，接頭處應平順無分離跡象，接頭處錯位不應超過0.5 mm；每個橡膠圈只容許有1個接頭。

施工要點：清洗管道承口內側，插口外側工作面，當發(fā)現(xiàn)有毛刺時要認真打磨；PCCPL將橡膠圈套入插口上的凹槽內，DIP將橡膠圈套入承口上的凹槽內，保證橡膠圈在凹槽內受力均勻，沒有扭曲翻轉現(xiàn)象；用食品級植物類潤滑劑均勻涂擦在承口內側，插口外側工作面上及橡膠圈上，檢查涂復是否完好。

接口安裝時應準確將插口一次插入承口到達預先做好的標記線處；安裝就位后用鋼制測隙規(guī)插入承插口之間，檢查橡膠圈各部位的環(huán)向位置，確認橡膠圈在同一深度。另外，DIP還得用薄窄鋼尺繞著插口90°四點檢查橡膠圈壓縮比，要達到20%～30%。

（2）管件安裝間隙處理

PCCPL管件安裝承插口間隙：在管道基礎均勻的直線段安裝空隙控制在25 mm，允許偏差 （-10 mm,+5 mm），當管道基礎不均勻時，最大允許間隙為25 mm。當接口有轉角，最小間隙≥10 mm，同時要滿足接口打壓試驗合格。如果不滿足上述條件，相鄰管件拆除重裝。

借轉角要求：對于調整直線段縱向偏移誤差，或曲線段實現(xiàn)管線的弧形鋪設，采用借轉角方式處理時，要符合單個PCCPL接口允許偏轉角≤0.5°，單個DIP接口允許偏轉角≤1.0°。

PCCPL安裝間隙填縫：PCCPL管道屬半柔性接頭，外部接縫充填水泥砂漿，再冷纏250 mm寬環(huán)氧煤瀝青帶。內部接縫填筑聚硫雙組建筑密封膠，填筑厚度2 cm，要求密封膠外觀為均勻膏狀物，無結皮結塊，物理力學性能符合JC/T 483—2006的要求，然后人工抹水泥砂漿。

DIP安裝間隙處理：DIP管道屬柔性接頭，可用瀝青膠泥、瀝青麻絲或瀝青鋸末等材料充填接口內外縫隙。

四、壓水試驗

1.PCCPL接頭密封性檢驗

接頭打壓分三次進行。

（1）接頭打壓

第一次在每節(jié)管道安裝完成后，隨即進行接頭打壓，打壓合格后才能安裝下一管節(jié)。第二次每安裝3節(jié)PCCPL后，對之前安裝的第一根PCCPL接頭進行第二次打壓，這是對第一次打壓檢驗的復驗。打壓合格后，具備了接頭處外縫灌漿和土方回填條件。第三次在管頂以上土方回填50 cm后進行，檢驗管道在初步變形后是否仍符合要求，接頭打壓合格后，可進行內縫勾嵌。

（2）接頭打壓檢驗方法

接頭打壓使用經(jīng)過率定的專用加壓泵，從接頭下部進水孔壓水，上部排氣孔排氣，排氣結束后擰緊螺栓，逐步加壓至管道試驗壓力，保持5 min壓力不下降，即為合格。

（3）接頭打壓檢驗注意事項

安裝PCCPL時排氣孔在管道頂部，進水孔在管道下部，以方便打壓操作；管道升壓過程中，壓力表數(shù)字擺動不穩(wěn)，說明管道氣體沒排盡，應重新排氣再升壓；每次打壓，檢查管道環(huán)向對接縫處有無漏水現(xiàn)象，同時觀察壓力表讀數(shù)變化是否在設計規(guī)定范圍內；第三次打壓合格后，及時封堵打壓孔；接口打壓若判定為不合格，確認接口漏水、損壞現(xiàn)象時，應及時停止打壓，拆除管節(jié)，查明原因，更換橡膠圈，重新安裝，直至符合要求。在第三次打壓不合格時，因接頭已灌漿，土方已回填，需由監(jiān)理單位組織建設、設計、質量監(jiān)督、施工等單位共同協(xié)商處理辦法，經(jīng)建設單位同意，予以處置。

2.PCCPL、DIP管道靜水試驗

按照《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB 50268—2008）要求，DIP管道水壓試驗分段長度一般不超過1 000 m；PCCPL管道水壓試驗長度以標段劃分，不超過6km。以注水法進行實際滲水量測定，在其允許滲水量范圍內作為試驗合格的標準。

管道注水。關閉沿線有關閘閥，打開排氣閥，用試壓水泵自管道下游端緩緩注水，控制水流速度在0.3m/s以內，流量小于1.0m/s。當管道注滿水至排出的水流中,不帶氣泡，水流連續(xù)，即可關閉排氣閥，保持管道內壁及接口材料充分浸泡，PCCPL不小于72 h，DIP不小于24h，然后再進行水壓試驗。

打壓試驗。采取分級打壓，每級升壓0.2 MPa，保持穩(wěn)壓不小于10 min，檢查管身、接口、鎮(zhèn)墩、后背、支撐及構筑物有無異?，F(xiàn)象，有無破損、漏水現(xiàn)象，確認情況正常后，方可繼續(xù)升壓。在升壓過程中，如有壓力下降，且水壓降不得超過0.03 MPa，應及時向管道內補水，保證管道設計試驗壓力穩(wěn)定，穩(wěn)壓延續(xù)時間不得小于2 h。計算穩(wěn)壓時間內管道補入的水量，即是實測滲水量，當小于允許滲水量時，管道密實性為合格。

水壓試驗應注意事項：試壓時管道內不應有氣泡，否則當管道發(fā)生漏水時，會導致壓力下降現(xiàn)象，不易從壓力表上反映出來；管道升壓過程中，壓力表搖擺不定，擺幅較大，讀數(shù)不穩(wěn)，且升壓又較慢時，示意管道內氣體沒有排盡，應重新排氣再升壓；管道內注水后，必須讓其充分浸泡，才能保證管道試壓準確；管道頂部土方回填時，宜留出接口位置，以方便檢查和修理；當管道有壓力時，檢查管道不得用手錘敲打管壁和接口，嚴禁修理管道缺陷，遇有缺陷，應做出標志，卸壓后再修補；水壓試驗過程中，管道危險區(qū)域，例如后背、支撐、管端等嚴禁站人，確保人員安全。

五、結 語

南水北調中線工程配套建設正在有序進行。長距離輸水管道管材選擇要充分考慮管材性能、施工、壽命、造價等因素。在石油基地和鹽漬土地區(qū)采用涂層隔離和陰極保護技術的防腐措施，能有效地防止土壤的電化學腐蝕，不僅保障了輸水管道的安全和耐久性，同時提高了輸水管道使用壽命。在施工過程中應嚴格按照設計要求和相關規(guī)范施工，嚴把關鍵部位各個環(huán)節(jié)的質量關，才能保證管道不漏水，實現(xiàn)質量達到優(yōu)良目標。

[1]河北省水利水電第二勘測設計院.河北省南水北調配套工程保滄干渠工程初步設計報告[R].2013.

[2]GB/T17456.1—2009/ISO8179—2004，球墨鑄鐵管外涂層標準[S].

[3]GB 50268—2008，給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范[S].

[4]葛燕.耐腐蝕鋼筋及陰極保護[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[5]河南省南水北調中線工程建設領導小組辦公室.河南省南水北調配套工程PCCP管道工程質量評定辦法（試行）[R].2013.

[6]GB/T 13295—2008，水及燃氣管道用球墨鑄鐵管管件和材料[S].

[7]JC/T 748—2010，預應力與自應力混凝土管用橡膠密封圈[S].