新疆长距离管道供水工程设计与施工误区探讨

新疆长距离管道供水工程设计与施工误区探讨

丁江新1， 李江2

(1.新疆兵团水利水电建设集团公司， 乌鲁木齐830000；

2.新疆水利水电规划设计管理局， 乌鲁木齐830000)

【摘要】长距离供水工程由于输水距离长、压力高，出现事故影响较大，因此备受关注。本文对新疆地区使用的钢管、玻璃钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、钢丝网骨架PE管等输水管道工程应用实践进行了总结分析，并对管道工程设计与施工上存在的误区进行了探讨，可供施工设计人员借鉴。

【关键词】长距离； 管道； 设计； 施工误区

中图分类号：TV672+.2文献标志码： A

Discussion on Xinjiang Long-distance Pipeline Water Supply

Project Design and Construction Mistakes

DING Jiang-xin1, LI Jiang2

(1.XinjiangCorpsWaterConservancyandHydropowerConstructionGroupCorporation,Urumqi830000,China;

2.XinjiangWaterResourcesandHydropowerPlanningandDesignManagementBureau,Urumqi830000,China)

Abstract：Long-distance water supply project is characterized by long water delivery distance, high pressure and greater accident influence, thereby it achieves much attention. In the paper, engineering application practices of steel pipe, glass steel pipe, ductile iron pipe, pre-stressed steel cylinder concrete pipe, steel mesh skeleton PE pipe and other water pipelines used in Xinjiang are summarized and analyzed. Mistakes in pipeline engineering design and construction are discussed, which can be adopted as reference for construction design personnel.

Keywords：long distance; pipeline; design; construction mistakes

近年来，管材技术发展较快，在管道建设和工程实践中，出现了不少值得研究反思的问题，有些属于设计问题，有些属于施工问题，有些属于二者兼而有之。更有甚者，原本是由于管材偷工减料造成了爆管事故，却给该种管材的运用造成很大的负面影响。本文旨在通过对各种不同管道的设计施工实践的总结，并结合不同管材应用认识上的经验教训，对几种长距离供水工程常用管材(钢管SP、玻璃钢夹砂管FRPM、球墨铸铁管DIP、预应力钢筒混凝土管PCCP、钢丝网骨架聚乙烯管SRTP)的设计和施工误区进行探讨。

1管材选择

钢管(SP)：可以承受极高内压和较高外压。用于供水管道工程的SP管径范围一般在DN600mm～DN2000mm，承压要求较高的工况应用较多，最大口径可达DN4000mm。采用SP必须考虑防腐蚀措施及阴极保护措施。

玻璃钢夹砂管(FRPM)：是一种柔性复合材料管道，在国内以定长交叉往复缠绕式玻璃钢管应用较多，大多12m一节，重量轻、耐腐蚀、不结垢，内壁光滑阻力小，在相同管径、相同流量条件下比其他材质管道水头损失小。其缺点是外刚度相对小，管壁薄，脆性大，对基础不均匀沉陷的适应性差，对管道基础及管壁外侧回填料要求严格。

球墨铸铁管(DIP)：是球墨铸铁熔化后离心热铸一次成型的管材，其内壁为喷水泥砂浆层，外壁采用喷锌及喷高分子涂料保护，具有耐磨、抗内外压强度高的特点，内压强度可达4MPa。其缺点是重量较重，大管径价格较高。

预应力钢筒混凝土管(PCCP)：具有抗外压能力较强、接头密封性好、抗震能力强等优点。其缺点是管道笨重、接头多，施工不便，外层砂浆保护层抗侵蚀性能较低。一般可分为内衬式(L型)和埋置式(E型)两种，均为6m一节。

钢丝网骨架PE管(SRTP)：克服了钢管和塑料管各自的缺点，而又保持了钢管和塑料管各自的优点。

上述常见管材的特性比较见表1，典型工程案例见表2。

表1　几种常用管材特性比较

表2　不同管材典型工程案例

续表

2常用管材设计与施工误区

管材选择受很多因素影响，对每一种可用的管材均应进行充分的技术经济比较。任何一种管材都有成功与失败的案例，发生问题的情况也是复杂多样，涉及设计、施工、运行管理、突发意外等多方面。作为设计者应充分研究各种管材的优缺点，在充分了解其性能的基础上做好设计、施工，充分发挥管材的优势，扬长避短，避免出现失误。

2.1钢管(SP)

a.钢管防腐问题。使用SP输水最重要的问题是防止其腐蚀，必须做好管外壁涂层和管内壁内衬的防腐，SP使用寿命在很大程度上取决于内外防腐层的材料和施工质量。环氧煤沥青涂层、钢塑复合、PE加强级防腐等均为防腐蚀措施。3PE防腐结构则利用了环氧漆及PE膜的优点，对管道防腐的耐久性起到很好的加强作用，其防腐结构远优于环氧煤沥青。钢塑复合管可以工厂化生产，防腐层的厚度可根据用户的需要进行调整，防腐层表面光滑，有焊接、承插连接、法兰连接多种连接形式，最大压力可达4～5MPa。

b.阴极保护问题。有些工程管道沿线为冻胀性土壤，土壤中水分含量较高，沿线地基土、地下水及环境水对钢材均有中～强的腐蚀性，在该环境下土壤中电化学腐蚀较强，要使钢管处于电化学平衡状态，必须采用阴极保护的方法。从实践来看，由于保护站失效造成管道腐蚀爆管的教训极为深刻，设计人员应特别注意。

c.管壁厚度问题。按照CECS 193：2005、GB 50332—2002、SL 281—2003、DL/T 5141—2001和CECS 141：2002的要求，压力钢管的壁厚采用锅炉公式和水电站压力钢管公式初估，考虑锈蚀余量，然后按钢管的稳定计算确定最终厚度。稳定计算可考虑以下三个因素：ⓐ按钢管抗内水压强度公式(锅炉公式)进行计算；ⓑ光面钢管除满足内压力的要求外，还要满足抗外压稳定；ⓒ按钢管抗外压稳定挠度计算。大多采用压力钢管计算的成果再加上锈蚀余量得到的数据，与给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程将钢管看作柔性管、对钢管极限状态进行强度计算、稳定验算、刚度验算三项计算的结果是一致的。在决定管厚的最重要的一项，即强度计算上，采用将内外压组合叠加后，再来验算强度，决定管厚或结构用材的模式。这样做的结果会造成管壁偏厚，而SP的投资主要取决于管材壁厚，因此，SP的竞争力显著下降。长输水管道SP出现问题的基本都是因腐蚀或进排气阀及防水锤设计出现的问题，目前该区还没有见到壁厚设计不足的报导。

2.2玻璃钢管(FRPM)

玻璃钢夹砂管道属于复合材料，可设计性极强，通过改变材料、缠绕角度以及夹砂比例等，可以得到不同的力学指标。管道压力等级一般按0.2MPa为级差，最高可达3.5MPa，国内目前允许2.5MPa。CJ/T3079规定管道刚度一般为1250N/m2、2500N/m2、5000N/m2、10000N/m2，也可以根据用户要求结合实际情况提出刚度值。有部分工程采用了较高刚度是没有必要的，大多数2m以下口径埋地管道刚度5000 N/m2足以。

2.3球墨铸铁管(DIP)

球墨铸铁管的压力等级选择不同于化学建材管，主要涉及壁厚选择及等级确定。GB/T 13295 规定了管道壁厚的选择，给出了球铁管与管件公称壁厚的函数关系，按我国现行规范GB/T 13295及ISO 2531、ISO10803可以对比管道的等级及壁厚选择，计算见下页表3。

根据计算分析看出：ⓐ对于小管径，由于国内限制最小壁厚6mm，造成管道PFA较高，随着管径的增加，差别减小；ⓑ国内规范相对比较保守，壁厚大于国际标准推荐值，当然因为K值大，所以承受压力等级也高；ⓒ由于管道分级级差不明显，造成中低压力下，管材实际可承受压力较高，远大于设计需要，不利于竞争。通常情况下长距离输水管道考虑运行安全不建议选用高压管道，大多数以2.5MPa作为上限。

表3　管道等级及壁厚选择对比

注： 1. ISO强度等级中，1巴=100kPa，C40即承压等级为4MPa，以下类同；PFA为允许工作压力。

2. GB/T 13295要求离心管最小壁厚emin=6mm，ISO 2531要求最小壁厚emin=3mm。

2.4预应力钢筒混凝土管(PCCP)

PCCP管壁的外层是喷水泥砂浆层，强度低、抗渗标准低、透水性强，外壁防腐层在施工过程中稍有不慎，外层混凝土就会缺角掉块形成暗伤，外水就很容易渗透到整个外层水泥砂浆层里，进而可能改变钢丝(或钢筋)周围孔中溶液的组成与性质，破坏钢丝(或钢筋)表面的钝化膜，造成腐蚀，从而引起PCCP爆管。这方面国内外均有大量实例。

在对埋置式PCCP进行阴极保护时，必须人为地将钢筒和预应力钢丝在径向上短接起来，使二者都纳入保护对象。应在现场制管之前向厂家提出技术要求，由厂家在制管时实施；提晚了则无法实现短接，值得事先重视。内衬式PCCP(L)的预应力钢丝直接缠绕在钢筒表面，可以认为是处于电导通状态的。对于实现无法短接的或早期已经实施完成的工程，必要时可以考虑外加阴极保护的办法。

2.5钢丝网骨架PE管(SRTP)

SRTP融合了钢管的硬性及PE管的柔性，管径也已经超过1m，内压超过1MPa。由于管材具有较好的柔性，在施工时可以充分考虑一般角度的借转。钢丝网骨架聚乙烯复合管的连接采用电热熔连接和法兰连接两种方式。常用电热熔连接，冷却成型后，管材与管件紧密连接为一体。此种管道对垫层的要求相对比较简单，平整即可，尤其适应多起伏的复杂地形条件。

3管道试压误区

GB 50287—2008提出：压力管道应进行水压试验，试验分为预试验和主试验两个阶段。试验合格的判定依据分为允许压力降值和允许渗水量值，按设计要求确定；设计无要求时，应根据工程实际情况，选用其中一项值或同时采用两项值作为试验合格的最终判定依据。

单口水压试验合格的大口径球墨铸铁管、玻璃钢管、预应力钢筒混凝土管等管道，设计无要求时应符合下列要求：压力管道可免去预试验阶段，而直接进行主试验阶段。无论哪种试压均应特别注意预留打压后背——靠背。很多工程由于施工进度安排抢工期，人为挖断造成无法进行大口径管道试压，出现问题，应引起各方的高度重视。应把试压方案设计贯穿在设计、招标、施工的全过程。

4结语

长输管道的设计较为复杂，本文对管材选择、设计及施工常见误区等进行了分析探讨，结合新疆地区严寒、干旱、盐渍土分布广泛的特点提出了一些注意事项及建议，如各类管材的可设计性、PCCP管道的阴极保护问题、试压的重要性等，可供设计施工人员参考。