浅析DIP管道在调水工程中的运用

方矿学

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.013

摘 要：我国北方水资源短缺矛盾日益突出，明渠调水又大量占用耕地，地下埋管的有压管道输水方式将会更多地在区域性的引水调水工程中采用。从南水北调配套工程的规模、工程成本、全寿命周期、地质地形及工程的工期要求等各方面进行综合考虑，河北省邢台市南水北调配套工程最广泛地采用了DIP管道（球墨铸铁管）输水方式，通过对DIP管的产品特性、制造工艺、管道工作压力、安装施工、压水试验等进一步研究和总结，以期为相近的引水调水工程积累经验，提供一定的借鉴作用。

关键词：浅析 DIP管道 调水工程 运用

中图分类号：TU991.05 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（c）-0013-02

2014年12月18日南水北调中线河北段工程正式通水，每年分配到河北省邢台市的3.33亿m3水量通过南水北调配套工程从总干渠6个分水口门（由南向北依次是赞善、邓家庄、南大郭、刘家庄、北盘石、黑沙村）通过输水管道送到全市22个县城及重点城镇和工业区。根据河北省配套工程建设实施方案，邢台市南水北调配套工程承担非引黄覆盖区（除清河、临西外）18个供水目标的水厂以上供水管道建设任务。邢台市南水北调配套工程主要采用有压管道输水，地下埋管的形式，主要包括PCCP管道（预应力钢筒混凝土管）、SP管（钢管）、DIP管道（球墨铸铁管）和PE管道（聚乙烯给水管）等形式，其中DIP管道（球墨铸铁管）以其强度高、柔性接口、安装方便、可适应不同地质条件等特点，被河北省邢台市南水北调配套工程采用最为普遍。因此，该文对DIP管道（球墨铸铁管）的制作、安装、穿越、压水实验等施工过程和特点进行分析，对相关的引水调水工程有一定借鉴意见。

1 DIP管（球墨铸铁管）产品特点

球墨铸铁管是铸铁管的一种。质量上要求铸铁管的球化等级控制为1～3级（球化率≥80%），因而材料本身的机械性得到了较好改善，具有铁的本质、钢的性能。退火后的球墨铸铁管，其金相组织为铁素体加少量珠光体，机械性能良好，防腐性能优异、延展性能好，密封效果好，安装简易。我国于20世纪90年代初期引进，经过20多年的发展，其工艺技术已相当成熟，它生产效率高、产品质量稳定，且铸出的管道外表质量好，在国内外供水和输气管道中已得到广泛应用。

1.1 力学性能较好

目前常用的金属管材有离心球墨铸铁管、灰铸铁管和钢管，其力学性能的比较如表1。

由表1比较可知，离心球墨铸铁管其抗拉强度及耐压性能和钢管相当，耐腐蚀性能优于钢管。与灰铸铁管相比其延伸率较高，具有一定的韧性，克服了灰铸铁管的脆性。

1.2 节省材料、节约资源

按GB/T 13295标准生产的离心球墨铸铁管与按GB 3422标准生产的普通灰铸铁管，其同种规格的离心球墨铸铁管比普通灰铸管的平均重量要轻40%，且普通灰铸铁管的使用性能不如离心球墨铸铁管，因此使用离心球墨铸铁管可节省生铁资源。

1.3 施工简便、造价经济

由于离心球墨铸铁管具有一定的强度和韧性，重量轻，因此在运输和安装过程中破损率极低；而且安装方式为承插式，标准管件，采用柔性接口，它较之前采用钢管焊接或法兰连接的方式，安装更为方便快捷。

1.4 适应性好，可靠性高

离心球墨铸铁管具有较高的承压能力和一定的延伸率，又采用柔性接口，因此，供水输气的安全可靠性能得到提高。橡胶密封圈柔性接口允许有一定的轴向偏移角，一般为3°～5°角（S型最大偏移角为7°），因此，整条管线的柔性结构性能，具有较强的抗震性能和防基础塌陷的能力。

1.5 耐腐蚀性能好，使用寿命长

离心球墨铸铁管比其他材质的管材，具有更好的耐腐蚀性能。管材与管件铸造过程中在铁水中加入少量的镁，使得铸铁中的片状石墨转变成球状，克服了片状石墨对铁基体连续性的阻止作用，消除了应力集中现象。外防腐进行喷锌处理，最后进行沥青漆涂覆不低于70 μm，内防腐采用水泥砂浆（8±2）mm。球墨铸铁管的使用寿命可以超过50年，是钢管的2～3倍。

2 与其他管道工程的比较

在引水调水工程中，管道管材占投资的比重很大，因管材选用不当造成事故或增加不必要资金的实例也较多，因此开展输水工程管材的研究对节省投资、方便施工、安全运行具有重大意义。在供水管线工程中，应合理选择管材的种类，从工程的规模、适用性、输送介质、工程地质地形、工程的工期要求等各方面进行综合考虑，以确定管材的种类。

2.1 预应力钢筒混凝土管（PCCP）

预应力钢筒混凝土管，是一种新型的复合型管材。它是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷以水泥砂浆保护层，采用钢制承插口和滑动式胶圈的柔性接头连接，是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构，具有钢材和混凝土各自的特性。根据钢筒在管芯中位置的不同，可分为两种：内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）、埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE），常用管径为DN400～DN4 000。

主要优点是承受内外压较高。由于PCCP管有内衬钢板，抗渗能力强，其结构能够承受较高内压，工作压力0.4～2.0 MPa；其预应力钢丝可根据管顶覆土厚度进行设计，其抗外荷能力强，可达8 m以上；管材本身独特的复合结构，不易出现管身、接头漏水及爆管现象。

主要缺点是较钢管、玻璃钢管重量大，运输和施工相对不太方便；相同管径时投资较预应力混凝土管高。施工安装的同时须考虑阴极保护，且连接后为刚性接口，地质情况不好时易发生不均匀沉陷。

2.2 钢管（SP）

钢管可设计性强、承受内压能力强、抗轴向拉力大，整体性好，使用方便灵活。但其刚度小、易变形，且抗腐蚀能力较差，需要进行内外防腐，综合造价高，适合在特殊地段局部使用。

2.3 球墨铸铁管（DIP）

球墨铸铁是一种铁、碳、硅的合金，其中碳以球状游离石墨存在。近10年来国内生产发展极快，规格品种都很齐全，应用日益广泛。球墨铸铁管与其他管材相比具有的优势。

（1）抗拉强度高，是一般灰铸铁管的3倍；韧性好，延伸率高。

（2）承受内外压能强、有较高的抗震性能和密封性能。球墨铸铁耐压强度为4～5 MPa。其接口为柔性接口，拆装方便、承受局部沉陷的能力好。

（3）厂内制造精确度高，耐腐蚀，安装简单快捷。

（4）DIP管安全性要远高于PCCP管。

主要缺点：大口径球墨铸铁管管件管壁薄，承、插口端易变形；价格较高，一次性投资较大。

2.4 聚乙烯（PE）管

聚乙烯（PE）管不但具有塑料管的重量轻、强度高、耐腐蚀、摩阻小、不结垢、使用寿命长等优异性能，它还具有特殊的柔韧性，极高的延伸率和独特的热熔焊连接方法，具有很多其他管材都不具备的优势。

PE管属柔性管，伸长率、耐冲击性能好，耐化学稳定性和抗高频绝缘性能良好，具有较高的强度及刚度，运输、敷设方便，连接时采用热熔对接，可将管道连接长达数百米进行弹性敷设及进行非开挖穿越。

主要缺点：不宜用于热水管道，宜用于工作温度不大于40 ℃。在施工过程中遇到尖利物容易受划痕而影响其寿命，价格较高，一次性投资大。不适宜大口径长距离输水线路施工。

3 结语

在水资源日益紧缺的华北地区，借助南水北调这一国家水资源平衡战略的契机，在建设节水型社会的前提下，把调来的长江水通过引水调水工程的实施，满足人民对水资源的需求。通过地下埋管的调水方式，节约了土地、避免了水污染和水流失，DIP管（球墨铸铁管）由于其技术成熟、安全性高、质量可靠、使用寿命长、安装方便、保证工期和节约投资等特点，在各种管材的对比中，经过河北省邢台市南水北调配套工程施工过程中广泛地选用，对DIP管（球墨铸铁管）的制作、安装、水压试验、穿越道路等施工过程和特点进行分析，对进一步的引水调水工程有一定借鉴作用。

参考文献

[1] GB/T 13295-2008，水及燃气管道、管件和附件[S].

[2] GB 50268-2008，给水排水管道工程施工及验收规范[S].