长距离引调水工程中大口径输水管材的选用

王明辉

中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 湖南 长沙 410014

引言

在引调水工程中，管道材料是关系到整个工程经济性和可靠性的基础，各种管材的综合性能、经济性能、运行维护等指标差异显著，因此，合理选择管材不仅是有效降低工程投资和维护成本的要求，还是保证供水安全的重要保障。

1 管材介绍

1.1 钢管

钢管（SP）力学性能优异，钢板焊制的输水管道承受压力高。SP的制作、焊接、安装以及检测技术早已非常成熟。钢材易于加工，根据需要可以制成各种形状。SP可以适应环境条件较为复杂的情况。一般情况下，SP具有很高的抗拉强度，可以承受轴向方向的外力。

SP具有以下特点：①可设计性强。管径、管型和管壁厚度可以通过计算确定。②管道可以采取防腐措施或者牺牲阳极的方法来大幅提高其使用年限。③接口采用焊接方式，焊接质量满足设计要求的情况下，接口也不容易损坏。④除锈和防腐层的质量直接决定了其使用期限，因此需要依据国家标准和设计要求进行防腐处理。⑤管道配件可按根据设计要求进行加工和制作。

钢管也有自身的缺陷：①容易腐蚀。埋地SP容易发生腐蚀现象，降低其使用寿命。因此防腐措施的好坏直接影响其使用寿命。②施工费用高。SP现场焊接、焊缝处的内外防腐及检验等现场施工的工作量较大。③管道发生事故需要抢修时，若采用焊接手段补修，必须中断输水并且需要维修部位管道保持干燥才能进行[1]。

1.2 球墨铸铁管

球墨铸铁管（DIP）具有良好的韧性和耐腐蚀性。无论在海水和不同的土壤中均优于钢管，其电阻抗比钢管大3倍。其主要特点有：

1.2.1 承压能力强。可以承受200m水头高度的内水压力。施工到位的球墨铸铁管道使用安全性高，耐压强度高。

1.2.2 具有良好的防腐性能：一般内防腐采用水泥砂浆衬里，内防腐工艺采用高速离心喷涂并机械打磨，附着力高，表面光滑，长时间使用管道粗糙系数也基本不会增大，不会增大水头损失。长时间使用后，流量和流速几乎不会有什么变化。

1.2.3 接口采用柔性接口，密封效果好，不容易漏水；对地基的不均匀沉降适应能力强，抗震效果好。

1.2.4 球墨铸铁管通常使用寿命超过50年，比化学管材及钢管使用寿命长。球墨铸铁管防腐和管道制作均在工厂内制作，现场仅进行接管等简单操作，对现场操作的质量要求不高，不如钢管高，施工也非常方便，施工质量容易满足设计要求，因此在供水行业中，球墨铸铁管道的使用寿命是公认最长的，更认可球墨铸铁管的使用寿命。

1.2.5 采用滑入式承插连接，安装方便高效，对管道基础要求简单。

1.2.6 根据配套条件可自由选择配套各厚度的管子和采用各种橡胶圈柔性接口及管配件。球墨铸管在供货时，都配有不少于10%的任意可切割铸管，完全可以满足各种管道设计的需要。

1.2.7 抢修方便。球墨铸铁管管身强度较高，且管道各种配件（含抢修或改造）品种齐全，管道抢修时小的破损不需要完全停水，可以实现带水作业，非常适合快速抢修[2]。

1.3 钢筒混凝土管

钢筒混凝土管（PCCP）是一种复合管，它既具有PCP的刚性好、耐久防腐的优点，又兼备SP承压高，安全好的优点。PCCP性能综合归纳如下：

1.3.1 PCCP接口为插口槽滑入式接口，采用的胶圈为O型胶圈，只有软胶部分，没有固定槽，插入深度比球墨铸铁管小，在长期管道重力作用下，胶圈易出现上下压缩比逐步变化，有时候会出现上部由于压缩比减小，满水时，接口顶部出现渗漏现象。对地基的不均匀沉降适用性较差，若存在软土地基，必须对管道基础进行地基处理，达到设计要求后方能埋管。适应不均匀沉降能力较低，如在软土地基使用，管基必须处理，控制沉降量在50mm。

1.3.2 PCCP管既经济又耐腐蚀，可以大大节约钢材用量，但在运行过程中，高水压会使管道产生一定的膨胀，会让保护层产生胀裂的趋势，即使在保护层外做环氧煤沥青等涂层，对膨胀形成的裂缝也很难起到阻止作用。

1.3.3 施工费用较高。PCCP管接口属于半柔性接口，由于其偏转角度较小，且管身较重，为避免在运输和施工，以及运行期间的管道沉降过大，造成管身裂纹或接口破损，一般需要对管道基础进行特别处理。为了有效解决预应力钢筋容易腐蚀的难题，常常使用电化学保护措施，并且需要加强检查和维护[3]。

1.3.4 PCCP管在施工现场不能切割，所需配套管件加工制作难度大，且质量不易保证。对于非标准管件、转弯等特别部位需要采用其他类型管件进行替换，不能保证管道材质的一致性，增加管道安装的难度，降低接口部位的安全性。

1.3.5 PCCP管的管件制作困难、现场不具备切割或开孔的特性，不能进行带压开孔和抢修，不利于管道的后期改造作业；出现事故维修时，必须完全停水，对破损管道进行置换，对破损处钢筋进行重新焊接修补或用小块钢板进行焊接修补，再用水泥砂浆进行修补，由于水泥砂浆需要较长的自然养护时间，因此抢修时间长周期很长，无法完成迅速抢修的目标。

1.4 玻璃钢夹砂管

玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）是一种复合管道。与目前其他输水管材相比，FRPM管有以下优点：

1.4.1 质量轻，其比重仅1.6～2.0，比钢材质量降低了80%左右。

1.4.2 单根管长通常可达12m，接头少，对供水安全有利。

1.4.3 由于质量轻，单管长，因此，起吊运输和安装施工非常方便，在地形陡峭复杂的山区铺管优势明显[4]。

1.4.4 FRPM管采用双“O”型橡胶圈密封，连接后可单独对接口的密封性进行试压检验。

1.4.5 FRPM管道内壁光滑，粗糙系数相比其他管材小，水头损失小。

1.4.6 玻璃钢材料为惰性，抗腐蚀性能强，无须采取防腐措施，可应用于不同的土壤情况，使用年限可达50年之久，适用于各种土壤条件，使用寿命长达50年。

FRPM也有自身的缺点：①环刚度较钢管、球墨管低，容易发生管道环向变形，故对管道周边的回填土要求较高。②目前影响玻璃钢夹砂管寿命的因素主要为材质的差别，一是国内市场厂家林立，竞争激烈，无序竞争导致有些厂家偷工减料，管道的质量较差；二是与铸造工艺也有一定的关系，目前市场反应连续缠绕法质量相对较好；三是现场施工质量，玻璃钢夹砂管对管道基础和回填要求很高，对地面荷载比较敏感，往往容易出现问题。③玻璃钢夹砂管运输方便，但是需要在工厂加工制作，没有钢管方便，玻璃钢夹砂管刚度相对较小，对管道的基础有严格要求，若地质条件较差时，最好不要采用，否则容易发生事故[5]。

2 管材综合比较

钢管、球墨铸铁管、钢筒混凝土管、玻璃钢夹砂管管材综合性能比较见下表。

表1 管材性能比较表

从以上比较可以看出：

钢管的整体性能较好，供水的安全性能较高，在各种条件下施工、安装均能适应，抗拉伸和变形能力强；但钢管容易腐蚀，使用寿命相对较短，需要加强防腐处理[6]。

钢筒混凝土管管道价格较便宜，重量最大，几乎是钢管的3倍，运输、施工、安装不便，也易碰裂损坏，使用中漏水率较高，运输费用高，安装时需大吨位起吊设备。用于压力输水时事故率高，城市供水管网中经常出现爆管；接口加工精度要求高，水密性差；对地基要求高；对于非标准管件，往往需要使用别的管材进行替换，不能保证管道材质和使用年限的统一性。在管道发生事故时，抢修时间周期长，无法完成迅速抢修的目标。

玻璃钢夹砂管质量轻，施工安装简便，防腐能力强。玻璃钢夹砂管由于生产设备门槛较低，小型企业多能生产，因此市场上品牌较乱，良莠不齐，管材质量较难控制。玻璃钢夹砂管道基础需中粗砂铺设垫层，一般不允许使用原土，管道对回填工艺和回填料要求较为苛刻，回填料要用筛网筛选，其目的限制最大粒径防止在压实回填时较大石子损伤管道，总体上施工质量不易控制。

球墨铸铁管管材强度高，具有很好的耐腐蚀性能，使用年限长；接头使用柔性接口，安装方便，施工速度快，可偏转角度较大，能适应一定的不均匀沉降和变形，抗震性能好；大口径管道的生产商较少，管材价格较贵[7]。

3 结束语

长距离的引调水工程，口径大，对输水安全性要求高，从供水安全的角度出发，优先考虑球墨铸铁管和钢管，当然，具体采用何种管材，需要对经济指标、施工条件、运行维护、环境条件进行综合比选分析，才能最终选出合适的管材。