球墨鑄鐵管在高壓水頭供水工程中的應用

趙 軍

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州510635）

推廣應用

球墨鑄鐵管在高壓水頭供水工程中的應用

趙 軍

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州510635）

輸水管網輸送水質為凈水，常用供凈水的管材有：鋼管（SP）、預應力鋼套筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）。通常在管徑相同的條件下，鋼管、球墨鑄鐵管的造價最高，預應力鋼套筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）其次，其他管材如PE、SRTP管、PVC—U管最低。原水供水工程管道工作壓力一般為0.4～1.0MPa，管材普遍采用預應力鋼套筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）、PVC—U管及PE管，國內原水工程高壓水頭供水較少，國外尤其是日本較常用。文章通過工程實例介紹了高壓水頭供水工程管材采用球墨鑄鐵管的設計過程。

供水工程；高壓水頭；工作壓力；球墨鑄鐵管

0 引 言

“十一五”以來，韶關市區經濟發展迅速，城市發展和人民生活水平逐步提高，市區水資源供需矛盾越來越突出，對水資源的需求也越來越大。根據《韶關市總體規劃（2006—2020）》，預測到2020年韶關市區最高日用水量為113.9萬m3，現有水廠供水能力將遠遠不能滿足規劃用水量要求。

為了保證韶關市區的用水安全，必須開辟新的水源。乳源瑤族自治縣是廣東省3個少數民族自治縣之一，也是全省16個扶貧開發重點縣之一。乳源縣城及其附近村鎮、少數民族地區和石灰巖地區存在供水保證率低、用水安全缺乏保障等問題。以南水水庫作為韶關市區供水水源，同時作為乳源縣城及其附近部分村鎮的供水水源，建設韶關乳源瑤族自治縣南水水庫供水工程是非常必要的。

1 工程概況

韶關市乳源瑤族自治縣南水水庫供水工程的任務是供水，通過輸水管道等工程，將南水水庫的水資源引到乳源縣城和韶關市區，提供乳源縣城及其東部少數民族和石灰巖地區鄉鎮及韶關市區的生活和工業用水。

根據需水預測分析，工程近期設計水平年2020年從南水水庫取水流量規模為4.1 m3／s；遠期設計水平年2030年總的取水流量規模為7.80 m3／s。本供水工程以乳源瑤族自治縣南水水庫為水源。自南水電廠現有D5500引水隧洞4＃施工支洞、小水電站前端取水，將水引至乳源縣乳源水廠、韶關市二獅嶺水廠及西河二水廠。

線路為全線沿G323國道埋管：南水水庫～二獅嶺分水口段管線長為24.85 km，主管材為球墨鑄鐵管，型號為K9級DN2000 DIP（GB／T13295—2008），管道工作壓力為1.8 MPa；二獅嶺分水口～西河二水廠段管線長為11.82 km，主管材為球墨鑄鐵管，型號為K9級DN1800DIP（GB／T13295—2008），管道工作壓力為1.8 MPa。該工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級。工程設計抗震設防烈度為7度［1］。

輸水系統見圖1。

2 工程地質條件

根據地質報告，引水線路沿線大部分位于盆地中，局部于山坡中穿過。管底地基大多為沖積粉質黏土（2—1）層、砂卵礫石（2—2）層、坡積粉質黏土（3）層或全風化帶（Ⅴ）等土層，承載力均滿足要求，基礎局部淤泥層厚度≤2.0 m處采用中粗砂換填處理，2.0 m以上軟基采用塊石擠淤處理以滿足承載力要求。各土層力學指標詳見表1。

圖1 輸水系統圖

表1 主要物理力學參數建議值表

3 管材比選

根據工程管徑、工作壓力較大的特點，初步選擇4種管材進行方案比選：鋼管（SP）、預應力鋼套筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）［2］。

3.1 鋼管（SP）

鋼管是一種在各行業廣泛應用的管材，具有長久的應用歷史，豐富的使用經驗。城市供水用鋼管通常選用Q235或Q345鋼板制作，它的強度高，具有良好的韌性，管材及管件易加工。

3.2 預應力鋼套筒混凝土管（PCCP）

預應力鋼套筒混凝土管（PCCP）是在80年代引進技術，按照美國供水協會AWWA—C301標準制造的輸水管材。PCCP內部嵌置一層1.5mm厚鋼筒，在管芯上纏繞環向預應力，采用機械張拉纏繞高強鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護層。該管的特點是由于鋼套筒的作用，抗滲能力好。管徑范圍：DN600～4000，具有SP和PCP雙重優點。

3.3 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵是一種鐵、碳、硅的合金，其中碳以球狀游離石墨存在。灰鐵中，片狀石墨對鐵基質產生“割裂”作用，使之脆裂。球墨鑄鐵中，球狀石墨消除了這種作用。

3.4 玻璃鋼夾砂管（FRPM）

玻璃鋼管全稱為玻璃纖維增強熱固樹脂夾砂管（簡稱FRPM），主要有玻璃長纖維纏繞夾砂和玻璃短纖維離心澆鑄加砂兩種制造工藝和管型。FRPM在歐美等國家受到廣泛使用，制定了完善的管道產品標準和工程設計、施工安裝規范。我國的制造廠從1980年開始從意大利、美國等引進生產技術和流水線，國內也自行開發了生產工藝和設備。

各種管材優缺點比較見表2。

表2 管材優缺點比較表

各種管材的投資比較見表3和圖2。

圖2 管材投資比較圖

通過以上管材比較，從管材安全可靠性、管材綜合價格、施工費用和條件等方面考慮，本工程埋管工作壓力在1.0～1.8 MPa，為保證供水的安全性，管材預選為球墨鑄鐵管（DIP）。

表3 管材投資比較表

表4 球墨鑄鐵管結構計算

經過對本工程輸水系統水錘計算分析，為保證供水管道安全，得出以下結論：

1）當水廠配水池前端調流閥開度由全開關至0時，若二獅嶺水廠調流閥有效關閉時間＞590s，西河二水廠調流閥有效關閉時間＞160 s（近期輸水規模）和650 s（遠期輸水規模），輸水管道水錘壓力相對上升率ξ可控制在0.6以內，輸水管道最大水錘壓力不超過2.0 MPa［3］。

2）當水廠配水池前端調流閥開度由0開啟至全開時，若二獅嶺水廠調流閥有效開啟時間＞410s，西河二水廠調流閥有效關閉時間＞100 s（近期輸水規模）和440 s（遠期輸水規模），輸水管道內最小余壓可滿足≥2 m的要求。

3.5 管道結構復核

正常運行工況下，供水管道內水壓力為1.8 MPa，管頂覆土厚度為2～3 m，參照《給水排水工程埋地鑄鐵管管道結構設計規程》（CECS 142：2002），對球墨鑄鐵管進行結構計算，詳見表4。

4 結 語

高壓水頭供水工程中管材采用球墨鑄鐵管是非常有效、安全且利于后期運行管理及維修，并且施工方法相對簡單、安裝工期短，較大的縮短了施工工期。

至今為止，本工程的項目建議書及可行性研究階段已經完成，并順利通過了專家的論證及廣東省水利廳與省發改委審批，事實證明高壓水頭供水工程管材采用球墨鑄鐵管是合理的。

［1］北京市市政工程設計研究總院.CECS142—2002給水排水工程埋地鑄鐵管管道結構設計規程［S］.北京：中國工程建設標準化協會，2002.

［2］北京市市政工程設計研究總院.GB50332—2002給水排水工程管道結構設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2002.

［3］建設部城市建設司.GB50268—97給水排水管道工程施工及驗收規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，1998.

TU991

B

1007-7596（2015）07-0082-04

2015-06-28

趙軍（1986-），男，湖北荊州人，工程師，研究方向為水利工程設計。