上海地區大口徑輸水管管材的選用

劉文波

在管道輸水工程前期工作中，要考慮諸多因素，進行多種工程方案的綜合比較，而選擇最安全、最經濟、最有利于施工、最方便管理運行的管道材質是這些工作的基礎。在長距離輸水工程中應優先考慮采用管道輸水。根據當前國內大口徑輸水管材的發展、生產與應用情況，口徑在 1 200mm以上的輸水管較常用的管材主要有鋼管(SP)、球墨鑄鐵管(DIP)、預應力鋼筒混凝土管(PCCP)、玻璃鋼管(FRP)。每一種管材都有各自的特點，包括優點和缺點。在選擇管材時，不但要熟悉各種管材的材質、使用條件，從而采用符合要求、經濟合理、安全可靠的管材，還要根據其外部荷載、內水壓力、設計流量、環境介質、使用壽命、造價等因素綜合考慮確定。

1 選材條件和比選原則

按照城市供水行業技術進步發展要求，大口徑輸水管選材應滿足下列條件:1)能承受所需的管內的水壓力;2)具備抵抗外部荷載的能力;3)適合土質性質;4)安裝方便，維修簡單;5)耐腐蝕，使用年限長;6)內壁光滑，長期輸水后，能保持相當好的輸水力。同時，還應結合工程經費、施工工期等方面綜合選定。

大口徑輸水管的管材選擇需進行技術經濟綜合分析評價，遵從以下 5個比選原則:1)管材性能可靠，能承受要求的內壓和外荷載;2)管材來源有保證，管件配套方便，運輸費用低;3)施工機具解決及安裝容易;4)使用年限長，維修工作量少;5)輸水能力可長期保持相同條件下，工程造價低。

2 主要管材比較分析

根據上述選材條件和材質比選原則，對鋼管、預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管 4種大口徑輸水管道主要管材的技術經濟性能進行比較分析(見表1)。

表1 4種管材的各項性能

1)耐壓能力:指管壁承受管內的工作壓力和管外土層凈荷載及地面或荷載的能力。這是保證輸水安全性的重要指標。鋼管、預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管 3種管材強度高，承受內外壓的能力強，而玻璃鋼管承受外壓的能力較弱。2)柔性特征:玻璃鋼管的彈性模量為15.2×103MPa，硬度HB=40，屬于柔性管材，而其他 3種管材均為剛性管材。玻璃鋼管的柔性特征及重量輕的特點，使其適用于鋪設于水下以及地下水位高的軟土地區，這一特點是其他 3種管材無法比擬的。3)耐蝕性能:埋地管道外部土壤對管壁的腐蝕是十分嚴重的，尤其是酸性土對管道的腐蝕尤為嚴重，因此管材的耐腐蝕能力是保證給水管道安全性和延長使用壽命的重要條件。4)接口形式:接口結構的先進性，直接關系著給水的安全性、滲透性、安裝的復雜程度。5)管材重量:管材重量對施工運輸成本及施工難度影響較大。現以口徑 2 600mm為例，4種管材的單位質量見表 1。6)施工難度:管道安裝的施工難度，受管材重量、防腐工藝、接口形式以及對地基和回填的要求等因素影響。7)管內壁粗糙度:管內壁粗糙度對減小水流阻力，降低水頭損失，減少加壓功率起著極其重要的作用。8)管材價格:管材價格要綜合考慮。鋼管費用要計入防腐費用，混凝土管要計入運輸費。通過對這兩種管材比較，鋼管的綜合造價要高于混凝土管的 4/5。玻璃鋼管的管材價格與混凝土管相差不多，而球墨鑄鐵管的管材價格則高于玻璃管和混凝土管將近 1倍。9)施工費和施工條件:施工費中土工費 4種管材相差不多，混凝土管的運輸費和吊裝費較多，而鋼管的電費和排水費較多。根據現場情況、路徑障礙、氣候條件等確定使用管材，如鋼管最適用于障礙較多處。10)管件配套:輸水管安裝施工時需要各種管配件，包括成品管件、現場或離場制作類管件，直接對施工難度和進度產生影響。11)故障和維修:在輸水管運行中可能發生非正常工況，如果超過管材耐受極限，就會使管道產生故障。由于輸水管是城市供水安全的基礎環節，所以必須對故障段進行快速維修，爭取最短時間內恢復輸水能力。

3 上海地區管材推薦

上海市地處長江入海口、太湖流域東緣，境內河道(湖泊)面積532 km2，河面率為8.4%;全市河道長度2萬余千米，河網密度平均每平方千米 3 km～4 km。主要河道有黃浦江及其支流蘇州河(吳淞江)、蕰藻浜、川楊河、淀浦河、大治河、斜塘、園泄涇和大泖港等，與黃浦江主干交織成黃浦江水系。在上海地區選擇大口徑輸水管道管材，除了進行一般的技術經濟比較以外，還需要考慮以下方面:由于上海市在我國的重要性，管材的選擇必須首先保證輸水的安全可靠性;上海地區地勢較低，水系發達，地下水位較高，這給管道施工帶來了一定的困難，管材選擇時應將施工難度和施工費用作為重要因素;另外上海地區大口徑輸水管常用管材為鋼管、球墨鑄鐵管，施工管理都比較成熟。

綜合以上分析，在上海地區大口徑輸水管(≥DN1 200)4種管材使用的具體推薦性意見(以次序排列)為:鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管、玻璃鋼管。

4 結語

在采用大口徑管道進行長距離輸水的工程中，合理選擇管材是前期工作的基礎。根據大口徑輸水管選材條件和比選原則，通過對鋼管、預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管 4種主要管材的技術經濟性能進行比較分析，并結合上海地區的地理地質情況和施工管理現狀，提出在上海地區大口徑輸水管管材使用的具體推薦性建議:首選鋼管，其他依次為球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管、玻璃鋼管。

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