水利引調水工程管道材料選擇的研究

蓋海英

山東新匯建設集團有限公司

水利引調水工程管道材料選擇的研究

蓋海英

山東新匯建設集團有限公司

遠距離輸水管道的特點

（一）減少滲漏并保護水質

水在管道內流動，在封閉的系統中，基本不會產生蒸發現象，也基本不會產生污染；長距離輸水不像配水工程那么多嫁接點，接口少也能夠有效的防止漏水。不過沿程的漏損現象是不可避免的，但是滲漏量是非常少的。遠距離的液體流動可以理解為穩定流，流動時也涉及熱力過程，所以液體的熱力參數也會發生相應的變化，比如壓強、溫度、比容等參數，例如承插類的連接處按照常規定義，其中正常管道的流通量為Q=0.14D，其中Q為允許流通量（L/m in·km），D為管道內徑（m）。以內徑為1500m的供水管道為例，根據公式計算滲透量僅為0.14×1.5=0.21（L/m in·km），也就是說長度10km的輸水管道，滲透量僅為0.21×10×24×60/1000=3.024（m3/d）。這個數據相比渠道的滲漏量及蒸發量顯然是很小的。

（二）節省土地資源

輸水管道工程除了提升泵站和各種閥井類的附屬設施為永久占地外，埋地管道本身一般都為部分無效占地，也就是說此種類型的占地成本并不會損害相關城市的土地成本，進而也減少了管理成本。改革開放以來，中國經濟飛速發展，隨著人口基數變大，人民對土地的要求量和人民對生存的要求充滿了矛盾，因此選擇一套科學的供給水源的方案顯得至關重要。在這種現象下使用輸水管道供水當然是首選方案，也適應現代趨勢的發展。

（三）對環境影響小，便于管理和維護

埋地管道工程基本就是做日常的運行管理維護工作，包括閥門、閥件、接口等，需要定期檢查和維修。而且長距離輸水管線一般會采用計算機控制管理系統，與企業或水廠的現有系統有機整合在一起，實現水廠、泵站、輸水管線統一調度。管道一般是根據地形起伏布置的，穿越道路、溝渠處基本采用頂管、定向鉆等方式，不影響交通和河道的防洪排澇，在穿越兩端還會設置檢修閥門，便于后期的維護、管理。

（四）運行安全，使用壽命長

我國水利建設方案比選時的經濟周期是50年，所以輸水管道使用壽命也應高于50年。目前大口徑輸水管道基本都采用承插式的柔性接口，減少施工周期。柔性接口在一定程度上能適應地基變形，也具有相當強大的抗壓能力，上個世界初的美國新建城市主體采用的是口徑中型的管道，這種管道的長度和口徑比較適中，因此延展性能比較好非常結實耐用，目前這些管道還在使用當中。

引調水工程可采用的管道種類

經濟的發展與材料技術的革新使管道材料也逐漸豐富起來。管道材料從起初單一的鋼管（SP）、鑄鐵管、木管、竹管等，發展到現在球墨鑄鐵管（DCIP）、鋼筒混凝土管（PCCP）、外纏繞聚乙烯內熔結環氧防腐鋼管（TPEP）等多種管材都進入市場的局面。目前針對水利引調水工程采用的管道通常需要防腐性好、口徑大的管道。本文針對球墨鑄鐵管（DCIP）、鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）、外纏繞聚乙烯內熔結環氧防腐鋼管（TPEP）四種管材進行詳細的分析。

（一）球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管的特點是使用壽命長，具有較好的延伸性能，管道以橡膠圈作為柔性接口，這種特點使的管道更加適應地基，使得管道和地基配合增強。在防腐方面上，因為這種鐵管的主要成分是由金屬鑄造的，所以腐蝕能力比非金屬管差，但是因為純度較高，所以較鋼管的腐蝕能力好。針對配件標準方面，售后容易。

（二）鋼筒混凝土管（PCCP）

鋼筋混凝土管的特點是兼有鋼管和鋼筋砼管的優點，也就是說含有兩種管道的共同的優點，價格比金屬管低，而且在強度方面也非常優秀，可以承受較高的擠壓壓力。鋼筒混凝土管抗腐蝕能力較強，因為此種管材外面包著一層混凝土，所以會隔絕氧氣和鋼鐵，進而抑制鋼鐵的腐蝕現象，因為密度較大，所以屈服強度就會很大。

（三）玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）

玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）是科技材料界新研發的一種管道材料，這種新型的材料在很多方面的較其他材料都有較好的優點，主要表現是耐內壓高，密度小，重量輕，管道內壁光滑，液體流動阻力小，相應軸力損失小，而且主要材料是非金屬，所以有很好的延展性能，因為其屈服強度變化的范圍較其他建材較大，所以與之相關的彈性比例就會很大，而且因為管道一旦不用，相關的管道材料就不能再回收，這就在浪費中提高了建筑成本，而且因為偽劣產品橫行，造成本就質量有問題的材料更加漏洞百出，進而影響管材質量和工程建設的整體質量。

（四）外纏繞聚乙烯內熔結環氧防腐鋼管（TPEP）

外纏繞聚乙烯內熔結環氧防腐鋼管，以鋼管為基材，外壁采用三層結構聚乙烯防腐，內壁采用熱熔環氧樹脂粉末防腐在高溫220℃條件下，形成鋼塑合金層。材料經過防腐工藝加工處理，可有效防止或減緩在運輸與使用過程中材料與其他物質發生化學反應或電化學反應進而發生腐蝕現象。TPEP管的可負載更多的重物，因為相關的參數會穩定在一個階段內，因此該管道材料比較適應惡劣的環境條件，而且因為腐蝕能力較強，所以在配送階段，要注意防腐的工作，而且焊口處人工依賴性比較高。

選擇管道類型的方式

管道的選擇應根據地質條件和管材性能進行選擇而且應該根據具體的工程情況進行選擇。

（一）根據流量計算直徑選擇管材

首先應先根據設計流量，通過相關的公式計算出工程所需的公稱直徑，采用試算法選取最優計算結果。根據管徑的計算數值，結合各種管道的國標要求及目前市面上的生產口徑，確定管材。

管道材料的口徑與價格之間通常稱正比的關系，口徑越大，邊際成本就會越高，對于DN1200 類型以上的大口徑管材都會稱為大流量管道，對于DN1200以下的小口徑管材被稱為小流量管道。一般長距離輸水管道都是直徑1m左右的大口徑管道。

（二）根據地質條件選擇

軟弱地質條件，例如：主要地形特點為大型礦山、湖澤等地形，相關的地理條件很差，地下埋藏管道高達將近2m，因為整體架構區域柔性，所以整體穩定性能并不是很強，盡量選擇承插接口的柔性管道，一般為球墨鑄鐵管（DCIP）和鋼筒混凝土管（PCCP）。

高腐蝕地質條件，因為管道可能會與地質內的相關元素發生化學反應，所以盡量不選擇鋼管，否則應根據有關規范要求做好防腐分析及處理。這種情況下，長距離輸水管道一般選擇球墨鑄鐵管（DCIP）和玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）。

結語

綜合考慮工程的重要性、沿線地形地質、施工、管護、造價等方面的因素，應多方案進行比選，最終確定輸水管材。球墨鑄鐵管（DCIP）具有使用壽命長、抗腐蝕能力強、工期短、易管護等優點，在長距離的水利引調水工程中應用廣泛。

因此，可以看出球墨鑄鐵管（DCIP）與外纏繞聚乙烯內熔結環氧防腐鋼管（TPEP）的各方面性能更加適合目前的長距離水利引調水工程。隨著材料技術的不斷發展與引調水工程要求的不斷提升，復合型管道材料也會受到市場的偏愛。希望在未來管道材料的發展中呈現更加多元化的發展。