永定河循環管線（ 城湖~宛平湖）工程管材方案比

寧 宇 蔣 奇 周志華

（北京市水利規劃設計研究院 北京 100048）

1 工程規模

永定河循環管線工程主要是為永定河綠色生態走廊建設工程修建循環管線，以保證維持河道水質的循環用水及永定河3塊濕地的備用水源。

本工程在永定河右岸建設3座泵站，由每座泵站鋪設循環管線向上游供水。泵站分別設置在門城湖、蓮石湖、宛平湖的下游。門城湖循環管線供水規模為4萬m3/d，管徑為DN800mm。蓮石湖循環管線供水規模為8萬m3/d，管徑為DN1000mm。宛平湖循環管線供水規模為 15萬 m3/d，管徑為DN1400mm。管線主要布置在河底，設計管頂覆土深1.5m，循環管線大部分埋置于永定河右岸距右堤堤腳約10m左右的河道灘地內。

2 幾種管材的介紹

輸水工程中，管材的選擇應從工程的規模、安全性、所處環境的水質狀況、地形，地質、外荷載狀況、施工工期要求、經濟等方面進行全面分析比較后確定。

國內目前用于埋地壓力管道的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻纖增強樹脂夾砂管（玻璃鋼管）、聚乙烯（PE）管、鋼塑復合管。但一般而言，預應力混凝土管抗滲性能差，修補率高，管體笨重，工作壓力低；而PCCP管根據經驗適用于大管徑、工壓高的情況。

本工程僅對球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼塑復合管、3PE外防腐鋼管4種管材進行比較。

（1）球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有高強度、高延伸率，且硬度低，近些年廣泛應用于城鎮的供水、輸氣，在建筑領域里占有重要地位，這主要體現在：

①原材料資源豐富，并可再生利用；

②經濟可靠，耐腐蝕，壽命較長；

③隨著技術進步，性能的不斷改進，方便現場施工；

④滑入式柔性接口具有結構簡單，密封性較好，承口考慮了橡膠圈的定位和偏轉角問題，能適應一定的基礎變形。

不足之處是管道接頭較多，單管重量大，施工工期很難保證。25

（2）玻璃鋼管

玻璃鋼管也稱玻璃纖維纏繞夾砂管。主要以玻璃纖維及其制品為增強材料，以高分子成分的不飽和聚脂樹脂、環氧樹脂等為基體材料，以石英砂及碳酸鈣等無機非金屬顆粒材料為填料作為主要原料。玻璃鋼管（玻璃纖維增強熱固樹脂夾砂管）的特點是有較強的耐腐蝕性，水密封性也較好，而且糙率小、不結垢，重量輕，施工性能好，造價低，但是穩定性不高，國內雖有眾多制作廠家，但規模均偏小，管材生產的質量難于控制。管材本身屬于硬脆性材料，容易受到集中力而破壞。

（3）鋼塑復合管

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內涂熔結環氧外涂熱熔聚乙稀鋼塑復合管，該管材為新型管材，國家推薦節能環保材料，其綜合了塑料輸水管和鋼管的優點，輸水質可達到國家標準（JG58-1995）。目前已有相應的國家標準或行業標準，該管具有內壁光滑糙率低、良好的強度、耐腐蝕性、衛生性能好等特點，而且還具有適應各種復雜的地形、抗震性能良好、運輸方便、施工快捷等優點。鋼塑復合管主要特點是保留了鋼管的傳統優點，并有效解決了管道的內外防腐問題，但施工中的管道連接處的焊口防腐處理工藝要求較嚴格，造價較高。

（4）3PE外防腐鋼管

鋼管作為輸水管材，應用歷史較長，范圍較廣，鋼管強度高、抗滲性能強、有良好的耐久性，而且能夠適應復雜地形、抗震性能好、承壓能力強、重量較輕、運輸方便、價格較低，并且可回收利用。但是，鋼管需要進行比較復雜的內、外防腐處理，施工時組合焊接工作量大。3PE外防腐技術的應用使鋼管外防腐制作更加標準化，防腐質量更有保證，并且在焊接接口處有規范的補口工藝。管道三層PE防腐結構：第一層環氧粉末（FBE＞100μm），第二層膠粘劑（AD）170~250μm，第三層聚乙烯（PE）1.8~3.7mm。三種材料融為一體，并與鋼管牢固結合形成優良的防腐層。適用管徑范圍 Φ60～Φ1420，壁厚范圍2.5~18mm之間。其特點：機械強度高、耐磨損、耐腐蝕、耐熱、耐冷、可應用于 150°介質中，在寒冷地帶均適應。

綜合而言，它的優點如下：①PE防腐管道具有極高的密封性，長期運行可大大的節約能源，減少成本，保護環境。②很強的耐腐蝕能力，施工方便，使用壽命長。③在低溫條件下也具有良好的耐腐蝕和耐沖擊性，PE吸水率低（低于0.01%）。④同時具備環氧強度高，PE吸水性低和熱熔膠柔軟性好等，有很高的防腐可靠性。

缺點是：與傳統的環氧煤瀝青或石油煤瀝青外防腐材料成本相比，費用高。

綜上所述，對球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼塑復合管、3PE外防腐鋼管進行了分析比較（表1）。

表1 四種管材綜合比 表

實踐和理論表明，對埋地輸水管道而言，管道腐蝕主要來自于外壁，內壁腐蝕較小，外壁腐蝕因素主要有酸堿化學腐蝕，細菌腐蝕，電化學腐蝕等。特別是電化學腐蝕對埋地管道影響較大。就目前而言，3PE防腐鋼管是埋地鋼制管道的最佳防腐層。

針對本工程埋地管道受到較強腐蝕的特點，采用3PE防腐鋼管有它的特殊性和合理性。在表1中可以看出雖然防腐蝕費用有所增加，但是這種防腐層經受得住長途遠距離的運輸，另外現場補傷費用的減小，使得工程一次投資費用并不會明顯增加。而且涂敷工藝簡便快捷，得以應對緊張的制作工期，大大提高了施工效率，使工程可以順利完成。3PE防腐管道的運行年限可達60~80年以上，使用壽命是其他管材所不能與之相比的，并且可以實現生產全過程連續機械化，產品質量穩定，有利于全面質量控制。

為適應大口徑鋼管的3PE防腐生產，許多的新工藝和新技術運用到其中，并且逐步得到推廣，使得3PE防腐生產的資源消耗大為降低?？梢?PE防腐鋼管的先進性。

永定河循環管線工程鋪設了總計約22km的鋼管，管徑由DN500至DN1600，在施工招標階段，工程設計組與北京市水利建設管理中心一同考察了鋼管制造、防腐廠家。經過對施工質量、技術指標、制作周期、投資各方面比較，最終選擇了螺旋鋼管（以帶鋼卷板為原材料，經常溫擠壓成型，以自動雙絲雙面埋弧焊工藝焊接而成的螺旋縫鋼管）：外防腐采用3PE（擠壓聚乙烯）；內防腐采用液體環氧涂料。

3 結語

傳統的鋼管防腐技術主要采用水泥砂漿內防腐，環氧煤瀝青外防腐，制造復雜，質量不易保證。本工程采用的先進防腐技術在我國的石油化工領域得到了廣泛應用。

目前，3PE防腐鋼管在國際上被認為是最先進的管道外防腐技術。但是在我國水利領域應用較少。應用新型鋼管防腐技術，通過防腐工藝的更新提高了輸水效率，保證了工程質量，縮短了施工時間，將成為今后管道外防腐層的發展方向。