大口径输水工程管材的选择

张斌

宁夏青龙管业股份有限公司宁夏银川750000

摘要：如今，随着我国城镇一体化建设步伐的加快，城市供水里程及供水量也是逐年增加。因此，大口径输水工程也是逐年增多，管材的选择对节约投资成本、施工便利、安全运行等具有重要的现实意义。基于此，文章通过过大口径输水工程管材的比选，分析了管材经济指标，并提出管材选择的原则与要求，并通过实例说明所选管材的可行性及实用性，对输水工程管材的选择具有一定的指导作用。

关键词：大口径管材；输水工程；管材比选

1大口径输水工程管材比选

1.1大口径输水管材技术性能概述

管材的选择一般要根据工程的规模，管道的工作压力，输水距离的长短，工程进度和重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，还须根据其外部荷载、设计流量、环境介质、使用寿命、造价、当地管材生产情况及使用习惯等方面进行技术、经济、安全等方面综合论证后确定。因此，选择性能好、施工维护方便、经济、安全的管材是决定工程技术可行、质量可靠、经济合理的关键。下面就对几种常用大口径输水管材的技术性能进行详细比较。

1.1.1钢管（SP）

SP的机械强度好，可以承受较大的内外压力，管身的可焊性方便制造各种配件，能适应地形复杂及要求高的管线使用。钢管的连接方式为焊接或法兰连接，接口形式灵活，施工方便，管道渗漏量少。SP还能够靠自身抗拉强度来抵消轴向力，这是其他管材所不具备的优势。用于城市输水管道工程的SP口径一般在DN600~DN2000范围内，最大口径可达DN4000。其缺点是造价高，耐腐蚀性较差，除内外壁均需进行常规防腐处理外，在不良水文地质段敷设时尚需考虑采用特殊防腐措施。其耐久性较差，维护费用较高。

1.1.2球墨铸铁管（DIP）

DIP是由经过球化处理的优质铁水用离心铸造工艺生产的。强度高、耐腐蚀、韧性好、密封性能好，具有良好的可挠性和伸缩性，能吸收因地基沉降而产生的压力，避免管道破裂，使用寿命最长；采用T形承插式柔性接口，胶圈密封，安装方便，是传统铸铁管和普通钢管的更新换代产品。DIP兼有普通灰铁管的耐腐蚀性和钢管的强度及韧性，其重量接近钢管，但其耐腐蚀性却比钢管高出几倍甚至十几倍，因此在各种环境下，都不必进行特殊防腐处理。DIP的强度足以承受复杂的外部负荷，这一点是PCP和RPMP等管材所不及的。其缺点是大口径DIP价格昂贵，且管道壁较厚，单位长度重量比钢管还大，对大型输水工程难以接受。

1.1.3玻璃钢加沙管(RPMP)

RPMP的全称是玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管，是90年代引进的一种柔性非金属复合材料管道，其工艺成型分为两类：一类是长纤维在内膜上缠绕成型，一类是短纤维用外膜离心浇铸成型。它具有重量轻、输送液体阻力小、能保证供水水质、抗化学和电腐蚀等特点，具有安装方便、使用寿命长、综合费用适中、操作简单、维护成本低等优点，被广泛应用于城市给水、工业水处理系统等。

1.1.4预应力钢筒混凝土管(PCCP)

PCCP的生产和应用至今已有50多年历史，最早由法国的邦纳公司研制。PCCP是由钢板、钢丝和混凝土构成的复合管材，它从形式上分为两种：一种是内衬式预应力钢筒混凝土管(通常小于DN1400mm)，是在钢筒内部衬以混凝土，然后在钢筒外部缠绕预应力钢丝，再喷射砂浆保护层；另一种是埋置式预应力钢筒混凝土管(一般用于口径大DNl200mm)，是将钢筒埋置在混凝土内，然后在混凝土管芯上缠绕预应力钢丝，再喷射砂浆保护层。PCCP性能综合归纳如下：

（1）管子坚硬、刚度好，不易受损，能承受真空状态下的负压，可承受较高内压和外部荷载(工作压力可达2.0MPa，甚至更高)。

（2）防腐性能好，耐久性强，综合了钢材与混凝土的长处，使用寿命长。

（3）连接灵活，采用承插式柔性接头，用钢制接口环与O型胶圈滑动密封，无漏水现象；还可配套斜接口、限制性接口等；抗震性能优越。

（4）可采用双凹槽、双胶圈密封，并进行接头水压试验以检查安装质量。

（5）正常运行下，管内不会结瘤，水流畅通；摩阻系数n值为0.0107~0.012。

（6）安装时对沟槽地基要求较低，回填也可用挖出的原土。安装施工快，可以边安装边回填，省时省工。

1.2管材经济指标分析

根据对当前市场调查结果显示，不同管材的直接费用统计如表1所示。从表1可以看出，几种管材造价高低依次为:球墨铸铁管、钢管、玻璃钢夹砂管、预应力钢筒砼管。

表1不同管材直接费用对比

大口径输水工程管材的选择应综合考虑技术、经济、管材性能、所能承受的工程荷载、管材管件的来源、运输费用的高低、工程造价的高低、施工的便利性、使用年限的长短、管理工作量的大小等因素。由表1可以看出，PCCP管是一种相对经济的管材，在该管材使用之初，为了保证输水的安全性，口径一般不宜超过2000mm。但随着新技术的发展，在国内外已有4000mm口径的PCCP管线运行成功的案例出现。

2工程实例分析

某新建输水管道工程，是该市南水北调市内配套工程的重要组成部分。工程全长约11．7km，工程起点为西河泵站，依次穿越子牙河北岸、小辛庄大街、朝阳寺大街、志成道快速路等施工难点，再沿外环线、京津塘高速公路最终达到宜兴埠泵站，总输水能力110×104m3/d，管道口径DN2600。根据新建西河泵站的水位标高、宜兴埠泵站前池水位的标高，通过对管道损失的验算，该管道的出水压力控制在0．3～0．4MPa。该工程即为典型的大口径输水工程，工程投资高，因此必须对管材选择进行综合分析。

2.1管材选择原则

由于该管道工程输水管线距离较长，投资大，因此必须对工程造价进行合理确定，确保技术先进，施工便捷，运行安全，对水质污染程度低，且使用寿命长。结合城市输水的特点，不难看出管材的安全可靠性是工程的生命线，一旦出现大口径输水管道爆裂，将会对生活生产带来巨大损失，管线周围的建筑也将受到冲击。因此对于大口径输水管线管材的选择要遵循以下原则：①管道口径及承受要求的内压力和外荷载；②管道使用性能的安全及维修工程量大小；③管道使用年限的长短；④管道输水能力一样的前提下造价低；⑤管道能满足工程地质、地形条件；⑥封闭性能高：供水管网是承压的管网，管道只有良好的封闭性，才是连续供水的基本保证。

2.2管材的确定

管材选择中质量的考核，不仅要对管材的生产工艺、原材料以及出厂质检报告进行考核，还需要对其实际运行中的稳定性进行考核，尤其是常年运行的稳定性。另外还需要对管材的价格、使用寿命、运行费用、施工便捷性、施工费用等进行综合对比。通过对几种管材的比较，工程难点部位采用钢管，内外防腐采用环氧煤沥青加强级，再配合阴极保护措施；在施工条件好的地段，可选用PCCP管，其外防腐为30mm厚砂浆保护层，再在砂浆保护层上涂刷600um厚环氧煤沥青防腐层；阴极保护采用平行式地床与管道同槽铺设、同时施工。同时，合理布置阀门、伸缩节、排气阀、泄压阀等，有效降低管道水锤事故发生，确保管线运行的安全性。

参考文献

[1]程巍.西南丘陵地区输水工程管材选用及系统水锤防护[D].重庆交通大学,2010.

[2]陈万敏.山区输水工程管材选择探讨[J].珠江水运,2013,09:68-69.

[3]李砚青.长距离大口径埋地有压输水管道管材比选[J].山西水利,2014,11:28-29.