長距離輸水管道工程管材選擇

王存存

摘 要：隨著社會的發(fā)展和水資源分布不均矛盾的加劇，越來越多的長距離輸水管道在城鄉(xiāng)生活及工農(nóng)業(yè)供水工程中應(yīng)運(yùn)而生。在管道工程中，管材的投資一般占工程投資的1/2以上，因此管材選擇至關(guān)重要。對不同管材技術(shù)特性、經(jīng)濟(jì)性和防腐方式進(jìn)行對比分析，為同類工程提供參考。

關(guān)鍵詞：長距離輸水管道;鋼管;球墨鑄鐵管;預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管;預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管

中圖分類號：TU991.36 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-00-03

Selection of Pipes for Long-Distance Water Transmission Pipeline Project

WANG Cuncun

（Ningxia Water Investment Group Co.， Ltd.， Yinchuan Ningxia 750001）

Abstract： With the development of society and the intensification of the contradiction of uneven distribution of water resources， more and more long-distance water pipelines came into being in urban and rural life and industrial and agricultural water supply projects. In pipeline engineering， the investment of pipes generally accounts for more than 1 / 2 of the project investment， and the selection of pipes is very important. To make a comparative analysis on the technical characteristics， economy and anti-corrosion methods of different pipes， so as to provide reference for similar projects.

Keywords： long distance water pipeline;steel pipe;ductile iron pipe;prestressed reinforced concrete pipe;prestressed steel cylinder concrete pipe

在長距離輸水管道工程中，管材選擇是一項非常重要的工作。要考慮長距離輸水管道工程規(guī)模、地質(zhì)條件、外荷載、工期目標(biāo)及資金成本等一系列因素，選擇最優(yōu)的管材，以節(jié)約工程投資成本，降低施工難度[1]。

1 不同輸水管材的優(yōu)缺點(diǎn)

近年來，工程技術(shù)日趨成熟，涌現(xiàn)出了一大批新型材料。我國引入了諸多新生產(chǎn)工藝、新型管材等，有效拓展了輸供水工程管材的選擇空間。當(dāng)前，鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PCP）、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管（GRP）及鋼塑復(fù)合管等是輸水管道工程的主要管材類型。由于不同管材在性能、成本等方面存在較大差異，因此要綜合對比不同管材的優(yōu)缺點(diǎn)，以確定最優(yōu)管材[2]。

1.1 鋼管（SP）

鋼管應(yīng)用歷史較長，應(yīng)用范圍較廣。相較于其他管材，鋼管具有較高的強(qiáng)度、良好的適應(yīng)性與靈活的接口形式，且糙率與水頭損失較低，單位管長重量較輕，密封性好，對地基不均勻沉降的適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于地形復(fù)雜地段，能穿越各種障礙?！冻擎?zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》（CECS 193—2005）第4.3.3條規(guī)定：“對單條重要的大口徑輸水管道，或地質(zhì)條件較差、使用壓力較高（1.0 MPa以上）時，宜選用鋼管。當(dāng)輸水管道穿越河流、鐵路等時宜選擇鋼管?！?/p>

鋼管的缺點(diǎn)是價格相對較高，抗腐蝕性較差，易生銹，易導(dǎo)致水質(zhì)受到污染，需增加內(nèi)、外防腐及陰極保護(hù)工藝。

1.2 球墨鑄鐵管（DIP）

和鋼管相比，球墨鑄鐵管的柔性良好，具有更大的強(qiáng)度與更高的延伸率，且耐腐蝕性的優(yōu)勢明顯。橡膠圈柔性接頭是球墨鑄鐵管的主要接口方式，能有效適應(yīng)不同地基，具有較長的使用壽命和較高的管道承受壓力。滲水、漏水及爆管等情況一般不會出現(xiàn)在后續(xù)運(yùn)行過程中。同時，球墨鑄鐵管的運(yùn)輸、安裝難度較小，施工周期短，能大幅度節(jié)約工程安裝成本。目前，它已在城市給排水工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

但是，球墨鑄鐵管質(zhì)量大，輸水過程中容易產(chǎn)生腐蝕餾。此外，現(xiàn)階段國內(nèi)只有較少廠家生產(chǎn)大口徑球墨鑄鐵管，導(dǎo)致其價格高。

1.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PCP）

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管目前應(yīng)用較為普遍，主要原因在于其造價成本低，且加工難度較小。和其他管材相比，PCP管的抗?jié)B性、耐久性優(yōu)良，施工難度小。管道內(nèi)壁十分光滑，基本不會出現(xiàn)結(jié)垢的情況，具有較強(qiáng)的輸水能力。即便沒有采用防腐處理技術(shù)，也不會出現(xiàn)腐蝕。

但是，PCP管的柔性不佳，自重較大，運(yùn)輸難度大，且無法保證承插接口的加工精度，存在較大的維修難度。此外，部分PCP管存在空鼓、裂縫等問題，易導(dǎo)致滲漏情況的發(fā)生。受PCP管管徑及工作壓強(qiáng)的影響，其一般被應(yīng)用于管徑2 000 mm以下、工作壓強(qiáng)在0.4～0.8 MPa的路段。

1.4 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的制作材料為鋼絲、混凝土與鋼筒。其在抗?jié)B性、密封性、抗震能力、耐腐性能與耐久性等方面的優(yōu)勢較大，且具有較長的使用壽命與較大的管徑使用范圍?，F(xiàn)階段，鋼制承插口是PCCP管道的主要接口形式，且應(yīng)用了橡膠止水圈，具有良好的止水效果，能非常便捷地檢驗接頭滲漏情況，安裝難度小，維修成本低。PCCP管的缺點(diǎn)是造價較高，單位管長質(zhì)量大，運(yùn)輸和施工相對不便，管內(nèi)壁易滋生水生物。

PCCP管的管徑一般為600～4 000 mm，工作壓強(qiáng)為0.4～2.0 MPa，最高內(nèi)壓可達(dá)2.5 MPa。該管材特別適用于管徑在1.2 m以上的大口徑管道工程。對于管徑小于1.2 m的中小口徑管道工程，PCCP管重力較大，價格相對偏高，不具有市場競爭優(yōu)勢。

1.5 鋼絲網(wǎng)骨架PE管

此種管材是在聚乙烯塑料管中設(shè)置鋼絲纏繞網(wǎng)，發(fā)揮骨架增強(qiáng)體的作用。如果長距離輸供水管道所處區(qū)域高低不平，可采用此種管材。此種管材融合了鋼、塑兩種材料，可規(guī)避塑料管的快速應(yīng)力。和純塑料管相比，此種管材在強(qiáng)度、剛性及抗沖擊性等方面具有較大優(yōu)勢，與鋼管的低線膨脹系數(shù)和抗蠕變性等特點(diǎn)較為類似[3]。同時，此種管材借助電熱熔接頭進(jìn)行連接，具有較強(qiáng)的抗軸向壓能力。

但此種管材的內(nèi)襯鋼絲網(wǎng)無法對接熱熔，需要應(yīng)用特定的熱熔接頭，導(dǎo)致熱熔施工要求較高。管材與熱熔接頭連接處因剛性較高容易斷裂，且熱熔接頭增加了工程成本[4]。因此，若工程所在區(qū)域為山地，可以采用此種管材。若區(qū)域土質(zhì)具有較高含水量或過于疏松，則禁止采用此種管材。此外，大口徑或壓強(qiáng)較大的管道工程一般不考慮采用該管材。

2 輸水管材比選

2.1 經(jīng)濟(jì)性比較

不同輸水管道管材價格比較見表1。從表1可以看出，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管價格最低，鋼管價格最高，球墨鑄鐵管大管徑價格偏高，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在管徑1.2 m以上價格偏低。

2.2 技術(shù)性能比較

不同管材技術(shù)性能比較見表2。

3 綜合比較結(jié)果

鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PCP）、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）及鋼絲網(wǎng)骨架PE管各有其優(yōu)勢。鋼管容易生銹，需做好防腐工作，且使用壽命相對較短，一般穿越地勢高差起伏較大時采用;球墨鑄鐵管將鐵、鋼的優(yōu)勢融合起來，具有良好的絕緣性與耐腐蝕性能，且擁有較長的使用壽命和較高的性價比，但管徑適用范圍較小，一般應(yīng)用于高壓強(qiáng)、小管徑工程;預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）運(yùn)行安全性能優(yōu)良，在大管徑、高壓強(qiáng)工程中性能良好，適宜應(yīng)用于1.2 m以上的大口徑管道;鋼絲網(wǎng)骨架PE管對地形地勢要求低，容易施工，對接口熱熔要求高，在管徑小于1.0 m、壓強(qiáng)小于1.0 MPa時考慮使用;預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PCP）是最經(jīng)濟(jì)的管材，但在工作壓強(qiáng)和管徑方面受到限制[5-6]。

寧夏某輸水工程輸水線路總長75 km，其中輸水管道長39 km。經(jīng)計算，初擬管徑為1.8 m和2.0 m，管線所經(jīng)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，水土腐蝕性較弱，工程運(yùn)行期不安全、故障點(diǎn)較多，管徑較大，且工程屬于重要民生工程，責(zé)任重大。PCCP管耐久性、抗?jié)B性較好，試壓方便，摩阻系數(shù)小，安裝方便，價格適中，較適用于該工程，但要注意做好防腐。對于陰極保護(hù)，可考慮在PCCP管加工制造時預(yù)埋鋼帶，根據(jù)運(yùn)行期監(jiān)測情況適時實施陰極保護(hù)。

4 結(jié)語

近年來，鋼管的材質(zhì)和力學(xué)性能大幅提高，防腐工藝也越來越先進(jìn)，使用壽命延長，且近年來鋼管價格不高，單價與PCCP管價格相當(dāng)。因此，考慮在復(fù)雜地形，彎管及井室部位優(yōu)先選用鋼管，防腐方式采用3PE外防腐，內(nèi)壁熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末。對于其他管材，由于價格、口徑和壓強(qiáng)要求，不考慮選用。

參考文獻(xiàn)：

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