遼寧省DDSW輸水工程管材的選擇

潘瓊芝

（丹東市鴨綠江防洪護岸工程建設管理局，遼寧 丹東 118000）

1 基本條件

DDSW輸水工程為遼寧省重點工程，輸水管線總長56 km，管道直徑DN1800，設計工作壓力1.0 MPa，設計覆土深度2 m。

2 常用管材及特性

目前國內(nèi)外經(jīng)常使用的埋地輸水壓力管道管材主要有鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）以及玻璃纖維增強熱固樹脂夾砂管（RPMP）四種管材。

2.1 鋼管（SP）

用于城市給水管道工程的鋼管管徑一般大于DN800，最大直徑可達DN4000。制作鋼材一般采用Q235—A·B碳素鎮(zhèn)靜鋼。這種管材在大口徑、長距離輸水管道中應用得最多。鋼管的主要優(yōu)點是：

1）敷設方便，適應性強，可埋設穿越各種障礙。2）供水安全性高。

3）可不停水焊補漏縫，檢修方便且所需時間短。主要缺點是：管材價格和管道綜合造價較高、需要進行防腐處理、用鋼量大。

2.2 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管是由經(jīng)過球化和孕育處理的優(yōu)質鐵水用離心鑄造工藝生產(chǎn)，其強度比鋼管高，延伸率大于10%，抗腐能力比鋼管強。球墨鑄鐵管的主要優(yōu)點是：

1）供水安全性高。

2）安裝和檢修方便。

3）有標準配件，可用于配件及支管較多的管段。缺點是：同規(guī)格管道重量較鋼管重，造價較鋼管高。由于工藝的進步、制作成本的降低，大口徑球墨鑄鐵管管材價格近年來也有下降的趨勢。目前國內(nèi)生產(chǎn)的球墨鑄鐵管最大口徑已達到DN2600。

2.3 預應力鋼筒混凝土管（PCCP）

預應力鋼筒混凝土管為鋼筒與混凝土復合結構，鋼筒鋼板厚度不小于1.5 mm。其有兩種結構形式：即內(nèi)襯式（PCCP-L）和埋置式（PCCP-E），PCCP-L規(guī)格為DN600～DN1200 PCCP-E規(guī)格為DN1400～DN4000。PCCP的主要優(yōu)點是：管體剛度和強度均較高，發(fā)生爆管等嚴重事故的幾率較低，承受外荷載能力高，抗內(nèi)壓能力及耐腐蝕性強，節(jié)約鋼材。缺點是：

1）單根管道重量大，運輸和檢修不方便，檢修所需時間較長。

2）管材價格相對較高。

3）承插接口精度要求高。

2.4 玻璃纖維增強熱固樹脂夾砂管（RPMP）

玻璃纖維增強熱固樹脂夾砂管，俗稱夾砂玻璃鋼管，是近十幾年國內(nèi)才發(fā)展起來的一種新型管材，國外也在70年代才開發(fā)應用。RPMP的優(yōu)點是：

1）具有比熱塑型塑料管更強的耐腐蝕性能和同樣不產(chǎn)生輸送水的二次污染，管道使用壽命長。

2）管道內(nèi)壁光滑，長期輸水內(nèi)壁不結垢，水力條件好，節(jié)省能耗。

3）重量輕、吊裝運輸容易，施工和維修方便。

4）無電化學腐蝕現(xiàn)象。缺點：除了管材價格較高外，該種管材剛度較低。為了避免管道在埋設過程中產(chǎn)生徑向變形，管道安裝對回填土要求高。安裝時要求按其安裝規(guī)范制作管道基礎和管道兩側的同步回填，分層夯實。回填土中不能含有超限值的大礫石、凍土塊和磚頭等硬雜物體，以免損壞夾砂玻璃鋼管外層。由于該工程輸水管線很多路段的地層巖性是花崗巖和碎石土，RPMP管對回填土的高要求導致了其在這些路段沒有競爭優(yōu)勢。

3 綜合比較因素

3.1 供水安全性

有關調查結果顯示，在輸配水工程的運行中供水安全性最佳的是鋼管和球墨鑄鐵管，預應力鋼筒混凝土管和夾砂玻璃鋼管次之。目前預應力鋼筒混凝土管在長距離輸水中的應用，越來越廣泛。

3.2 施工工藝

由于管道材質不同，管道重量和剛度不同，接口方式不同，對管道基礎和回填土的要求不同，防腐層制作的方法和場所不同，所以各種管道的施工安裝方便程度也不同。安裝最快捷的是球墨鑄鐵管和預應力鋼筒混凝土管，夾砂玻璃鋼管次之，鋼管由于需要現(xiàn)場焊接，施工速度相對最慢。安裝要求最嚴格的是預應力鋼筒混凝土管和夾砂玻璃鋼管，其次是鋼管。

3.3 檢修速度

實踐證明，鋼管的檢修速度最快，其次是球墨鑄鐵管和夾砂玻璃鋼管，最慢的是預應力鋼筒混凝土管和預應力鋼筋混凝土管。但近期有廠家已經(jīng)研制出快速在線修復預應力鋼筒混凝土管備用件，因此此種管材修復速度慢缺點已經(jīng)克服。

3.4 使用壽命

永久性埋地給水管道必須保證50年以上的使用壽命。在上述4種管材中，鋼管和球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管普及應用的年限已經(jīng)很長，50年的使用壽命已經(jīng)被國內(nèi)外的應用實踐證明是可以達到的。但鋼管必須采用具有相應壽命的防腐標準。采用無毒環(huán)氧瓷漆防腐層具有附著牢固，極難脫落的特點，據(jù)英國E.WOOD公司提供的資料，采用無毒環(huán)氧瓷漆防腐層的鋼管的預計使用壽命可超過75年，但必須保證防腐施工質量。化學材質的夾砂玻璃鋼管是近幾十年來才發(fā)展起來的新型管材，壽命必須考慮材質的時間因素，通過試驗和實踐，對其物理力學性能的老化現(xiàn)象已經(jīng)掌握，只要按照標準中規(guī)定的許可應力、應變等指標進行正確設計計算，采用要求的管材級別，50年的使用壽命也是可以保證的。

3.5 粗糙系數(shù)

粗糙系數(shù)n是輸水管道選擇的一個重要參數(shù)，n值的降低可大大減少管材造價和工程投資，同時優(yōu)化水力條件，降低能耗，減少長期運行費用。采用無毒環(huán)氧磁漆內(nèi)襯的鋼管，n＝0.009 5～0.009 7；采用水泥砂漿內(nèi)襯防腐的鋼管和球墨鑄鐵管，n＝0.012；預應力鋼筒混凝土管：PCCP-L型n＝0.012，PCCP-E型n＝0.010 7；夾砂玻璃鋼管管道內(nèi)壁光滑，可保持長期輸水內(nèi)壁不結垢，n＝0.008～0.009。

3.6 抗腐蝕能力

由于工程所處地區(qū)受海水潮汐影響，輸水管線沿岸土壤的物理化學性質有很大差異，地下水含鹽成分較高，腐蝕能力較強，因此布置在此處的輸水管道應具有很強的防腐能力和措施。埋地鋼管不耐腐蝕，必須對其進行外壁涂層和內(nèi)壁內(nèi)襯的防腐措施，其使用壽命在很大程度上決定于管材的內(nèi)外防腐層的材料和施工質量，必要時還應采取電化學保護措施才能達到良好的效果。此外沿線還有多處與其它金屬管道、電線交叉或平行敷設，如輸水管道采用鋼管，相互干擾影響大，這為電化學保護造成了很大困難。球墨鑄鐵管本身的防腐蝕能力比鋼管強，質量有保證。預應力鋼筒混凝土管抗腐蝕能力較強，考慮該工程地下水情況，外防腐采用環(huán)氧煤瀝青。而高分子有機材質的夾砂玻璃鋼管具有比熱塑型塑料管更強的耐腐蝕性能，并且無電化學腐蝕現(xiàn)象。

3.7 管道綜合造價

各種管材的綜合造價（管道工作壓力為1.0 MPa）見表1。

由表1可見，對于口徑較大的管材，鋼管的綜合造價最高，球墨鑄鐵管次之，再次為夾砂玻璃鋼管，PCCP管最低。

表1 管材綜合造價比較表 萬元/km

4 綜合比較

對上述綜合比較項按4分制進行量化賦分：最優(yōu)的4分，最差的1分，允許并列同分。綜合比較見表2。

從上述比較結果可以看出，鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管和夾砂玻璃鋼管，在工作壓力、抗腐蝕能力、抗震及保證安全運行等主要指標方面均可滿足輸水要求，并且這幾種管道的設計、施工、運行都已有成熟經(jīng)驗，均能保證安全供水。其中預應力鋼筒混凝土管綜合比較表現(xiàn)最好。

表2 4種管材綜合比較表

5 管材的選擇

綜合上述比較結果，在各使用要求都能滿足的情況下，性價比最高的是預應力鋼筒混凝土管。結合該工程沿線的地層巖性特點，該工程輸水管道采用預應力鋼筒混凝土管（PCCP管）。