新疆長距離管道供水工程設計與施工誤區探討

新疆長距離管道供水工程設計與施工誤區探討

丁江新1， 李江2

(1.新疆兵團水利水電建設集團公司， 烏魯木齊830000；

2.新疆水利水電規劃設計管理局， 烏魯木齊830000)

【摘要】長距離供水工程由于輸水距離長、壓力高，出現事故影響較大，因此備受關注。本文對新疆地區使用的鋼管、玻璃鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管、鋼絲網骨架PE管等輸水管道工程應用實踐進行了總結分析，并對管道工程設計與施工上存在的誤區進行了探討，可供施工設計人員借鑒。

【關鍵詞】長距離； 管道； 設計； 施工誤區

中圖分類號：TV672+.2文獻標志碼： A

Discussion on Xinjiang Long-distance Pipeline Water Supply

Project Design and Construction Mistakes

DING Jiang-xin1, LI Jiang2

(1.XinjiangCorpsWaterConservancyandHydropowerConstructionGroupCorporation,Urumqi830000,China;

2.XinjiangWaterResourcesandHydropowerPlanningandDesignManagementBureau,Urumqi830000,China)

Abstract：Long-distance water supply project is characterized by long water delivery distance, high pressure and greater accident influence, thereby it achieves much attention. In the paper, engineering application practices of steel pipe, glass steel pipe, ductile iron pipe, pre-stressed steel cylinder concrete pipe, steel mesh skeleton PE pipe and other water pipelines used in Xinjiang are summarized and analyzed. Mistakes in pipeline engineering design and construction are discussed, which can be adopted as reference for construction design personnel.

Keywords：long distance; pipeline; design; construction mistakes

近年來，管材技術發展較快，在管道建設和工程實踐中，出現了不少值得研究反思的問題，有些屬于設計問題，有些屬于施工問題，有些屬于二者兼而有之。更有甚者，原本是由于管材偷工減料造成了爆管事故，卻給該種管材的運用造成很大的負面影響。本文旨在通過對各種不同管道的設計施工實踐的總結，并結合不同管材應用認識上的經驗教訓，對幾種長距離供水工程常用管材(鋼管SP、玻璃鋼夾砂管FRPM、球墨鑄鐵管DIP、預應力鋼筒混凝土管PCCP、鋼絲網骨架聚乙烯管SRTP)的設計和施工誤區進行探討。

1管材選擇

鋼管(SP)：可以承受極高內壓和較高外壓。用于供水管道工程的SP管徑范圍一般在DN600mm～DN2000mm，承壓要求較高的工況應用較多，最大口徑可達DN4000mm。采用SP必須考慮防腐蝕措施及陰極保護措施。

玻璃鋼夾砂管(FRPM)：是一種柔性復合材料管道，在國內以定長交叉往復纏繞式玻璃鋼管應用較多，大多12m一節，重量輕、耐腐蝕、不結垢，內壁光滑阻力小，在相同管徑、相同流量條件下比其他材質管道水頭損失小。其缺點是外剛度相對小，管壁薄，脆性大，對基礎不均勻沉陷的適應性差，對管道基礎及管壁外側回填料要求嚴格。

球墨鑄鐵管(DIP)：是球墨鑄鐵熔化后離心熱鑄一次成型的管材，其內壁為噴水泥砂漿層，外壁采用噴鋅及噴高分子涂料保護，具有耐磨、抗內外壓強度高的特點，內壓強度可達4MPa。其缺點是重量較重，大管徑價格較高。

預應力鋼筒混凝土管(PCCP)：具有抗外壓能力較強、接頭密封性好、抗震能力強等優點。其缺點是管道笨重、接頭多，施工不便，外層砂漿保護層抗侵蝕性能較低。一般可分為內襯式(L型)和埋置式(E型)兩種，均為6m一節。

鋼絲網骨架PE管(SRTP)：克服了鋼管和塑料管各自的缺點，而又保持了鋼管和塑料管各自的優點。

上述常見管材的特性比較見表1，典型工程案例見表2。

表1　幾種常用管材特性比較

表2　不同管材典型工程案例

續表

2常用管材設計與施工誤區

管材選擇受很多因素影響，對每一種可用的管材均應進行充分的技術經濟比較。任何一種管材都有成功與失敗的案例，發生問題的情況也是復雜多樣，涉及設計、施工、運行管理、突發意外等多方面。作為設計者應充分研究各種管材的優缺點，在充分了解其性能的基礎上做好設計、施工，充分發揮管材的優勢，揚長避短，避免出現失誤。

2.1鋼管(SP)

a.鋼管防腐問題。使用SP輸水最重要的問題是防止其腐蝕，必須做好管外壁涂層和管內壁內襯的防腐，SP使用壽命在很大程度上取決于內外防腐層的材料和施工質量。環氧煤瀝青涂層、鋼塑復合、PE加強級防腐等均為防腐蝕措施。3PE防腐結構則利用了環氧漆及PE膜的優點，對管道防腐的耐久性起到很好的加強作用，其防腐結構遠優于環氧煤瀝青。鋼塑復合管可以工廠化生產，防腐層的厚度可根據用戶的需要進行調整，防腐層表面光滑，有焊接、承插連接、法蘭連接多種連接形式，最大壓力可達4～5MPa。

b.陰極保護問題。有些工程管道沿線為凍脹性土壤，土壤中水分含量較高，沿線地基土、地下水及環境水對鋼材均有中～強的腐蝕性，在該環境下土壤中電化學腐蝕較強，要使鋼管處于電化學平衡狀態，必須采用陰極保護的方法。從實踐來看，由于保護站失效造成管道腐蝕爆管的教訓極為深刻，設計人員應特別注意。

c.管壁厚度問題。按照CECS 193：2005、GB 50332—2002、SL 281—2003、DL/T 5141—2001和CECS 141：2002的要求，壓力鋼管的壁厚采用鍋爐公式和水電站壓力鋼管公式初估，考慮銹蝕余量，然后按鋼管的穩定計算確定最終厚度。穩定計算可考慮以下三個因素：?按鋼管抗內水壓強度公式(鍋爐公式)進行計算；?光面鋼管除滿足內壓力的要求外，還要滿足抗外壓穩定；?按鋼管抗外壓穩定撓度計算。大多采用壓力鋼管計算的成果再加上銹蝕余量得到的數據，與給水排水工程埋地鋼管管道結構設計規程將鋼管看作柔性管、對鋼管極限狀態進行強度計算、穩定驗算、剛度驗算三項計算的結果是一致的。在決定管厚的最重要的一項，即強度計算上，采用將內外壓組合疊加后，再來驗算強度，決定管厚或結構用材的模式。這樣做的結果會造成管壁偏厚，而SP的投資主要取決于管材壁厚，因此，SP的競爭力顯著下降。長輸水管道SP出現問題的基本都是因腐蝕或進排氣閥及防水錘設計出現的問題，目前該區還沒有見到壁厚設計不足的報導。

2.2玻璃鋼管(FRPM)

玻璃鋼夾砂管道屬于復合材料，可設計性極強，通過改變材料、纏繞角度以及夾砂比例等，可以得到不同的力學指標。管道壓力等級一般按0.2MPa為級差，最高可達3.5MPa，國內目前允許2.5MPa。CJ/T3079規定管道剛度一般為1250N/m2、2500N/m2、5000N/m2、10000N/m2，也可以根據用戶要求結合實際情況提出剛度值。有部分工程采用了較高剛度是沒有必要的，大多數2m以下口徑埋地管道剛度5000 N/m2足以。

2.3球墨鑄鐵管(DIP)

球墨鑄鐵管的壓力等級選擇不同于化學建材管，主要涉及壁厚選擇及等級確定。GB/T 13295 規定了管道壁厚的選擇，給出了球鐵管與管件公稱壁厚的函數關系，按我國現行規范GB/T 13295及ISO 2531、ISO10803可以對比管道的等級及壁厚選擇，計算見下頁表3。

根據計算分析看出：?對于小管徑，由于國內限制最小壁厚6mm，造成管道PFA較高，隨著管徑的增加，差別減?。?國內規范相對比較保守，壁厚大于國際標準推薦值，當然因為K值大，所以承受壓力等級也高；?由于管道分級級差不明顯，造成中低壓力下，管材實際可承受壓力較高，遠大于設計需要，不利于競爭。通常情況下長距離輸水管道考慮運行安全不建議選用高壓管道，大多數以2.5MPa作為上限。

表3　管道等級及壁厚選擇對比

注： 1. ISO強度等級中，1巴=100kPa，C40即承壓等級為4MPa，以下類同；PFA為允許工作壓力。

2. GB/T 13295要求離心管最小壁厚emin=6mm，ISO 2531要求最小壁厚emin=3mm。

2.4預應力鋼筒混凝土管(PCCP)

PCCP管壁的外層是噴水泥砂漿層，強度低、抗滲標準低、透水性強，外壁防腐層在施工過程中稍有不慎，外層混凝土就會缺角掉塊形成暗傷，外水就很容易滲透到整個外層水泥砂漿層里，進而可能改變鋼絲(或鋼筋)周圍孔中溶液的組成與性質，破壞鋼絲(或鋼筋)表面的鈍化膜，造成腐蝕，從而引起PCCP爆管。這方面國內外均有大量實例。

在對埋置式PCCP進行陰極保護時，必須人為地將鋼筒和預應力鋼絲在徑向上短接起來，使二者都納入保護對象。應在現場制管之前向廠家提出技術要求，由廠家在制管時實施；提晚了則無法實現短接，值得事先重視。內襯式PCCP(L)的預應力鋼絲直接纏繞在鋼筒表面，可以認為是處于電導通狀態的。對于實現無法短接的或早期已經實施完成的工程，必要時可以考慮外加陰極保護的辦法。

2.5鋼絲網骨架PE管(SRTP)

SRTP融合了鋼管的硬性及PE管的柔性，管徑也已經超過1m，內壓超過1MPa。由于管材具有較好的柔性，在施工時可以充分考慮一般角度的借轉。鋼絲網骨架聚乙烯復合管的連接采用電熱熔連接和法蘭連接兩種方式。常用電熱熔連接，冷卻成型后，管材與管件緊密連接為一體。此種管道對墊層的要求相對比較簡單，平整即可，尤其適應多起伏的復雜地形條件。

3管道試壓誤區

GB 50287—2008提出：壓力管道應進行水壓試驗，試驗分為預試驗和主試驗兩個階段。試驗合格的判定依據分為允許壓力降值和允許滲水量值，按設計要求確定；設計無要求時，應根據工程實際情況，選用其中一項值或同時采用兩項值作為試驗合格的最終判定依據。

單口水壓試驗合格的大口徑球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、預應力鋼筒混凝土管等管道，設計無要求時應符合下列要求：壓力管道可免去預試驗階段，而直接進行主試驗階段。無論哪種試壓均應特別注意預留打壓后背——靠背。很多工程由于施工進度安排搶工期，人為挖斷造成無法進行大口徑管道試壓，出現問題，應引起各方的高度重視。應把試壓方案設計貫穿在設計、招標、施工的全過程。

4結語

長輸管道的設計較為復雜，本文對管材選擇、設計及施工常見誤區等進行了分析探討，結合新疆地區嚴寒、干旱、鹽漬土分布廣泛的特點提出了一些注意事項及建議，如各類管材的可設計性、PCCP管道的陰極保護問題、試壓的重要性等，可供設計施工人員參考。