长距离输水管道工程管材选择

王存存

摘 要：随着社会的发展和水资源分布不均矛盾的加剧，越来越多的长距离输水管道在城乡生活及工农业供水工程中应运而生。在管道工程中，管材的投资一般占工程投资的1/2以上，因此管材选择至关重要。对不同管材技术特性、经济性和防腐方式进行对比分析，为同类工程提供参考。

关键词：长距离输水管道;钢管;球墨铸铁管;预应力钢筋混凝土管;预应力钢筒混凝土管

中圖分类号：TU991.36 文献标识码：A 文章编号：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

在长距离输水管道工程中，管材选择是一项非常重要的工作。要考虑长距离输水管道工程规模、地质条件、外荷载、工期目标及资金成本等一系列因素，选择最优的管材，以节约工程投资成本，降低施工难度[1]。

1 不同输水管材的优缺点

近年来，工程技术日趋成熟，涌现出了一大批新型材料。我国引入了诸多新生产工艺、新型管材等，有效拓展了输供水工程管材的选择空间。当前，钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、预应力钢筋混凝土管（PCP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢管（GRP）及钢塑复合管等是输水管道工程的主要管材类型。由于不同管材在性能、成本等方面存在较大差异，因此要综合对比不同管材的优缺点，以确定最优管材[2]。

1.1 钢管（SP）

钢管应用历史较长，应用范围较广。相较于其他管材，钢管具有较高的强度、良好的适应性与灵活的接口形式，且糙率与水头损失较低，单位管长重量较轻，密封性好，对地基不均匀沉降的适应能力强，适用于地形复杂地段，能穿越各种障碍。《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》（CECS 193—2005）第4.3.3条规定：“对单条重要的大口径输水管道，或地质条件较差、使用压力较高（1.0 MPa以上）时，宜选用钢管。当输水管道穿越河流、铁路等时宜选择钢管。”

钢管的缺点是价格相对较高，抗腐蚀性较差，易生锈，易导致水质受到污染，需增加内、外防腐及阴极保护工艺。

1.2 球墨铸铁管（DIP）

和钢管相比，球墨铸铁管的柔性良好，具有更大的强度与更高的延伸率，且耐腐蚀性的优势明显。橡胶圈柔性接头是球墨铸铁管的主要接口方式，能有效适应不同地基，具有较长的使用寿命和较高的管道承受压力。渗水、漏水及爆管等情况一般不会出现在后续运行过程中。同时，球墨铸铁管的运输、安装难度较小，施工周期短，能大幅度节约工程安装成本。目前，它已在城市给排水工程建设中广泛应用。

但是，球墨铸铁管质量大，输水过程中容易产生腐蚀馏。此外，现阶段国内只有较少厂家生产大口径球墨铸铁管，导致其价格高。

1.3 预应力钢筋混凝土管（PCP）

预应力钢筋混凝土管目前应用较为普遍，主要原因在于其造价成本低，且加工难度较小。和其他管材相比，PCP管的抗渗性、耐久性优良，施工难度小。管道内壁十分光滑，基本不会出现结垢的情况，具有较强的输水能力。即便没有采用防腐处理技术，也不会出现腐蚀。

但是，PCP管的柔性不佳，自重较大，运输难度大，且无法保证承插接口的加工精度，存在较大的维修难度。此外，部分PCP管存在空鼓、裂缝等问题，易导致渗漏情况的发生。受PCP管管径及工作压强的影响，其一般被应用于管径2 000 mm以下、工作压强在0.4～0.8 MPa的路段。

1.4 预应力钢筒混凝土管（PCCP）

预应力钢筒混凝土管的制作材料为钢丝、混凝土与钢筒。其在抗渗性、密封性、抗震能力、耐腐性能与耐久性等方面的优势较大，且具有较长的使用寿命与较大的管径使用范围。现阶段，钢制承插口是PCCP管道的主要接口形式，且应用了橡胶止水圈，具有良好的止水效果，能非常便捷地检验接头渗漏情况，安装难度小，维修成本低。PCCP管的缺点是造价较高，单位管长质量大，运输和施工相对不便，管内壁易滋生水生物。

PCCP管的管径一般为600～4 000 mm，工作压强为0.4～2.0 MPa，最高内压可达2.5 MPa。该管材特别适用于管径在1.2 m以上的大口径管道工程。对于管径小于1.2 m的中小口径管道工程，PCCP管重力较大，价格相对偏高，不具有市场竞争优势。

1.5 钢丝网骨架PE管

此种管材是在聚乙烯塑料管中设置钢丝缠绕网，发挥骨架增强体的作用。如果长距离输供水管道所处区域高低不平，可采用此种管材。此种管材融合了钢、塑两种材料，可规避塑料管的快速应力。和纯塑料管相比，此种管材在强度、刚性及抗冲击性等方面具有较大优势，与钢管的低线膨胀系数和抗蠕变性等特点较为类似[3]。同时，此种管材借助电热熔接头进行连接，具有较强的抗轴向压能力。

但此种管材的内衬钢丝网无法对接热熔，需要应用特定的热熔接头，导致热熔施工要求较高。管材与热熔接头连接处因刚性较高容易断裂，且热熔接头增加了工程成本[4]。因此，若工程所在区域为山地，可以采用此种管材。若区域土质具有较高含水量或过于疏松，则禁止采用此种管材。此外，大口径或压强较大的管道工程一般不考虑采用该管材。

2 输水管材比选

2.1 经济性比较

不同输水管道管材价格比较见表1。从表1可以看出，预应力钢筋混凝土管价格最低，钢管价格最高，球墨铸铁管大管径价格偏高，预应力钢筒混凝土管在管径1.2 m以上价格偏低。

2.2 技术性能比较

不同管材技术性能比较见表2。

3 综合比较结果

钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管（PCP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）及钢丝网骨架PE管各有其优势。钢管容易生锈，需做好防腐工作，且使用壽命相对较短，一般穿越地势高差起伏较大时采用;球墨铸铁管将铁、钢的优势融合起来，具有良好的绝缘性与耐腐蚀性能，且拥有较长的使用寿命和较高的性价比，但管径适用范围较小，一般应用于高压强、小管径工程;预应力钢筒混凝土管（PCCP）运行安全性能优良，在大管径、高压强工程中性能良好，适宜应用于1.2 m以上的大口径管道;钢丝网骨架PE管对地形地势要求低，容易施工，对接口热熔要求高，在管径小于1.0 m、压强小于1.0 MPa时考虑使用;预应力钢筋混凝土管（PCP）是最经济的管材，但在工作压强和管径方面受到限制[5-6]。

宁夏某输水工程输水线路总长75 km，其中输水管道长39 km。经计算，初拟管径为1.8 m和2.0 m，管线所经地形地质条件复杂，水土腐蚀性较弱，工程运行期不安全、故障点较多，管径较大，且工程属于重要民生工程，责任重大。PCCP管耐久性、抗渗性较好，试压方便，摩阻系数小，安装方便，价格适中，较适用于该工程，但要注意做好防腐。对于阴极保护，可考虑在PCCP管加工制造时预埋钢带，根据运行期监测情况适时实施阴极保护。

4 结语

近年来，钢管的材质和力学性能大幅提高，防腐工艺也越来越先进，使用寿命延长，且近年来钢管价格不高，单价与PCCP管价格相当。因此，考虑在复杂地形，弯管及井室部位优先选用钢管，防腐方式采用3PE外防腐，内壁熔结环氧树脂粉末。对于其他管材，由于价格、口径和压强要求，不考虑选用。

参考文献：

[1]何伟，耿祥，张明胜，等.长距离输水管道工程管材综合比选[J].价值工程，2020（3）：171-174.

[2]白聪莉.山区长距离输水管道工程的设计分析[J].市政技术，2020（6）：236-241.

[3]王泽业.长距离输水管线安全供水技术的探究[J].水电水利，2020（7）：51-52.

[4]廖功磊，钟林涛，蒋辉霞，等.长距离输水管道水力过渡分析及水锤防护措施研究[J].中国农村水利水电，2019（9）：181-184.

[5]张晓平.长距离输水管道工程辅助决策系统研究与实现[D].武汉：华中科技大学，2019：32.

[6]吴建刚.浅谈长距离输水工程管道的设计[J].城镇供水，2020（1）：86-90.