長距離輸水工程的管材選用

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　簡介：無關(guān)鍵字：選用條件 長距離 輸水工程

　　1、可選管材的種類

　　1.1 鋼管

　　鋼管應(yīng)用歷史較長，范圍較廣，輸水工程一般選用螺旋焊縫與直縫焊接鋼管。螺旋焊接鋼管采用卷板，利用螺旋管焊接生產(chǎn)線一次成型。國內(nèi)已可生產(chǎn)DN2540mm螺旋焊接鋼管。螺旋焊管受加工工藝影響，管材存在較大殘余應(yīng)力，這部分殘余應(yīng)力與管道運(yùn)行期間工作應(yīng)力組合后，降低了管道承受內(nèi)壓的能力。另外，螺旋焊接管的焊縫較直縫焊管的焊縫長，這就意味著薄弱環(huán)節(jié)多，可靠性差。但由于輸水工程管道內(nèi)壓一般不算太高，即使螺旋焊接管存在上述問題也不影響其應(yīng)用。

　　1.2鑄鐵管

　　按材質(zhì)可分為灰口鑄鐵管和延性鑄鐵管，由于灰口鑄鐵管口徑不大、材質(zhì)不穩(wěn)定，因此事故較多，在輸水工程中基本不采用。延性鑄鐵管也稱為球墨鑄鐵管，其強(qiáng)度比鋼管大，延伸率也高出10%.另外，現(xiàn)有些廠家生產(chǎn)的球墨鑄鐵管沒進(jìn)行退火處理，稱為鑄態(tài)球墨鑄鐵管，其材質(zhì)的性能除延伸率低于球墨鑄鐵管外，其余性能指標(biāo)均與球墨鑄鐵管相似，價(jià)格也低，應(yīng)用也較多。

　　1.3 預(yù)應(yīng)力混凝土管

　　按生產(chǎn)工藝分成兩種，一種因加工工藝分為三步，通常稱為三階段預(yù)應(yīng)力混凝土管；另一種方法是一次成型，通常稱為一階段管。預(yù)應(yīng)力混凝土管因加工工藝簡單、造價(jià)低、較適合我國的經(jīng)濟(jì)狀況而應(yīng)用普遍。但管材制作過程中存在弊病，如三階段管噴漿質(zhì)量不穩(wěn)定，易脫落和起鼓；一階段管在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)不易控制（特別在插口端部），且因體積重量大造成運(yùn)輸安裝都不方便，使其應(yīng)用受到了限制。預(yù)應(yīng)力混凝土管口徑一般在2000mm以下，工壓在0.4～0.8MPa.口徑大、工壓高的工程應(yīng)用時(shí)要慎重。

　　1.4 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管PCCP

　　這是一種鋼筒與混凝土制作的復(fù)合管，管心為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm鋼筒，在管芯上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力，采用機(jī)械張拉纏繞高強(qiáng)鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護(hù)層。該管的特點(diǎn)是由于鋼套筒的作用，抗?jié)B能力非常好。管子的接口采用鋼制承插口，尺寸較準(zhǔn)確，并設(shè)橡膠止水圈（單膠圈或雙膠圈），因而止水效果好，安裝方便。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的管徑一般為DN600～3600 mm，工作壓力為0.4～2.0MPa，其中DN1200mm以下一般為內(nèi)襯式，DN1400mm以上通常為埋置式。PCCP管材的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已頒發(fā)，設(shè)計(jì)規(guī)范與工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)已在編制，其應(yīng)用前景廣闊。

　　1.5 玻璃纖維增強(qiáng)熱固樹脂夾砂管（玻璃鋼管）

　　玻璃鋼管的特點(diǎn)是強(qiáng)度較高，重量輕，耐腐蝕，不結(jié)垢，內(nèi)壁光滑阻力小，在相同管徑、相同流量條件下比其他材質(zhì)管道水頭損失小、節(jié)省能耗。玻璃鋼管的連接也采用承插式，并設(shè)置膠圈，安裝很方便。玻璃鋼管相對而言壁薄，為柔性管道，對基礎(chǔ)與回填要求較高。玻璃鋼管行業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)已頒發(fā)，施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范在編制中。玻璃鋼管水頭計(jì)算的內(nèi)壁粗糙系數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)現(xiàn)一般取η=0.009，壽命一般為50年。

　　2、管材的選用條件

　　輸水工程中，管材的選擇根據(jù)工程的具體情況，要做技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、工期等方面分析比較，綜合平衡后確定?，F(xiàn)依據(jù)已實(shí)施的大型輸水工程實(shí)例介紹管材的選用情況。

　　2.1 引灤入津工程

　　因輸水距離長（234 km）、輸水規(guī)模大（下段規(guī)模為50 m³/s），經(jīng)方案比較后確定在市內(nèi)段選用兩種大口徑鋼管：

　?、佥斔?guī)模110×104m³/d（12.73 m³/s），DN2500mm，δ=20 mm，L=10.67 km，工壓0.5 MPa.　　

　　②輸水規(guī)模55×104m3/d（6.37 m3/s），DN1800mm，δ=16mm，L=3.67 km，工 壓=0.3MPa.引灤入津工程至今運(yùn)行16年，效果較好。

　　2.2 引碧入連三期工程

　　引碧入連三期工程輸水規(guī)模定為67×104m3/d，工作壓力為1MPa.管材方案比較時(shí)，主要考慮工壓較高，管徑較大，丘陵地區(qū)地形起伏較大，選用承插口預(yù)應(yīng)力混凝土管不安全，而當(dāng)時(shí)國內(nèi)只能生產(chǎn)DN1000mm以下的球墨鑄鐵管，不能滿足引碧工程的要求，因此就限于對鋼管與PCCP管進(jìn)行調(diào)研、分析、比較。當(dāng)時(shí)主要因大口徑PCCP管在國內(nèi)長距離輸水工程方面缺少應(yīng)用實(shí)例，對輸水安全性不放心，最后確定選用鋼管。選用情況為：　

　?、偻葑拥曛寥罍纤畯S，輸水管總長68.336km，規(guī)模為27×104m3/d.采用鋼管DN1820mm，δ=16mm，長46.924km，工壓1.0 MPa；鋼管DN1620mm，δ=14mm，長21.42km.

　?、谕葑拥曛灵L沙溝水廠，輸水管總長60.54km，規(guī)模40×104m3/d，工壓1.0MPa.采用鋼管DN2054mm，δ=18mm，長43.678km；鋼管DN1820mm，δ=16mm，長16.862km.

　　2.3 河北省長距離輸水工程

　　河北省邯鄲羊角輸水工程、“引岳濟(jì)邯”工程、石家莊黃壁水庫供水工程、保定西大洋水庫供水等大型輸水工程都采用預(yù)應(yīng)力混凝土管。這主要因?yàn)楹颖笔〉匦纹骄?，輸水工程工壓不高，?guī)模適中，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，預(yù)應(yīng)力混凝土管占優(yōu)勢，既節(jié)省投資又可保證輸水安全，通水后運(yùn)行良好。

　　2.4 溫州市曹平至永強(qiáng)輸水工程

　　工程特點(diǎn)是輸水線路長，計(jì)26.84km，沿管線的地質(zhì)差。據(jù)地勘報(bào)告，管道大部分都將埋在淤泥土層中，淤泥厚9.7～30m，淤泥土呈飽和、流塑、高壓縮性、高靈敏度、承載力低。地下水位較高，一般在地表下0.5～1.3m左右。

　　經(jīng)過比較，認(rèn)為玻璃鋼管重量輕、耐腐蝕、內(nèi)壁光滑水頭損失小、不易淤積和結(jié)垢，且FWC接頭安裝很方便，與鋼管相比造價(jià)又低。此工程選管情況如下：輸水管長26.84km，輸水規(guī)模20×104m3/d，工壓0.5MPa，采用DN1200玻璃鋼管10.272km，剛度10000N/m²；DN1400mm玻璃鋼管16.568km，剛度10000N/m².1998年竣工后運(yùn)行良好。

　　3、各種管材的應(yīng)用前景

　　在給水工程中，管道占投資的比重很大，且因管材選用不當(dāng)造成事故或增加不必要資金的實(shí)例也較多，因此開展輸水工程管材的研究對節(jié)省投資、方便施工、安全運(yùn)行意義很大，已引起各有關(guān)方面的重視。

　　我國地域廣闊，各地區(qū)的地質(zhì)、地形、自然狀況、經(jīng)濟(jì)形勢和應(yīng)用管材的習(xí)慣等都不一樣，這就形成了輸水工程管材應(yīng)用上的多樣性。某一種管材在某個(gè)工程被選用，其經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的合理性并不等于在另一地方也一樣，這就形成在市場經(jīng)濟(jì)的今天各種管材的競爭場面。

　　根據(jù)筆者20余年來參加設(shè)計(jì)多項(xiàng)長距離輸水工程的經(jīng)驗(yàn)，選管應(yīng)從工程的規(guī)模、重要性、對管口徑及工壓的要求、工程地質(zhì)、地形、外荷載狀況、工程的工期要求、資金的控制等方面進(jìn)行綜合分析比較后確定。預(yù)應(yīng)力混凝土管、PCCP管、鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管都是普遍采用的管材，但一般而言，球墨鑄鐵管、鋼管、PCCP管比較安全，特別在工壓高、管道口徑大的情況下。目前國內(nèi)大口徑（DN>1000mm）球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠家不多，價(jià)格較高；鋼管要特別注意防腐，因?yàn)檫@直接關(guān)系著輸水工程的壽命；玻璃鋼管應(yīng)用也在擴(kuò)大，但特別注意出廠管材的質(zhì)量檢驗(yàn)，注意選擇合適的剛度（一般輸水工程埋地管道剛度不應(yīng)<5000N/m²）。預(yù)應(yīng)力混凝土管是最經(jīng)濟(jì)的管材，我國應(yīng)用較廣，但為保證安全輸水，一般口徑不應(yīng)超過DN2000mm，工作壓力一般選用0.4～0.8MPa.

　　對口徑較大、工壓高、管線折點(diǎn)較大的工程應(yīng)注意安全性。

　　目前我國在輸水工程管材的生產(chǎn)與應(yīng)用，管材的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范的制訂以及引進(jìn)開發(fā)生產(chǎn)新型管材等方面都有很大的進(jìn)步，形勢是很喜人的，前景是很樂觀的。