長(zhǎng)距離輸水管道工程管材綜合比選

何偉 耿祥 張明勝 毛云敏

摘要：通過常用的大口徑輸水管道材料鋼管、球墨鑄鐵管及預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管三種管材的綜合比較，從管材的技術(shù)可行性、安全可靠性及經(jīng)濟(jì)合理性上綜合考慮，對(duì)于DN1800以上主干管，推薦選用施工技術(shù)成熟、運(yùn)行實(shí)踐穩(wěn)定、更加經(jīng)濟(jì)的Q235B鋼管。對(duì)于DN1800以下的管道，考慮到如果采用鋼管，管節(jié)焊縫處的內(nèi)防腐施工質(zhì)量不容易保證，會(huì)對(duì)管道的安全長(zhǎng)久運(yùn)行帶來隱患，故考慮采用球墨鑄鐵管道。

Abstract： Through a comprehensive comparison of three types of pipes： steel pipe， ductile cast iron pipe， and prestressed steel tube concrete pipe， which are commonly used as large-diameter water pipeline materials， comprehensive consideration is made from the technical feasibility， safety reliability and economic rationality of the pipes. For main pipes above DN1800， it is recommended to use Q235B steel pipe with mature construction technology， stable operation practice and more economical. For pipelines below DN1800， considering the use of steel pipes， the internal anticorrosion construction quality at the joints of the pipe joints is not easy to guarantee， which will bring hidden dangers to the safe and long-term operation of the pipeline， so the use of ductile iron pipes is considered.

關(guān)鍵詞：鋼管;球墨鑄鐵管;PCCP管;綜合比選

Key words： steel pipe;ductile iron pipe;PCCP pipe;comprehensive comparison and selection

中圖分類號(hào)：TV672? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）03-0171-04

0? 引言

鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（以下簡(jiǎn)稱PCCP管）在長(zhǎng)距離的原水輸水管道工程中使用頻率最高。在輸水管道管材選擇過程中，首先應(yīng)熟悉了解各種管材的生產(chǎn)加工工藝、優(yōu)缺點(diǎn)和施工適用條件，再結(jié)合工程輸水規(guī)模、距離、壓力等級(jí)、工程進(jìn)度要求和重要性，以及工程所在地地形地質(zhì)、場(chǎng)外交通條件、征地難易情況，還須根據(jù)使用壽命要求、工程造價(jià)、運(yùn)行維護(hù)難易及費(fèi)用、管材生產(chǎn)能力及市場(chǎng)供應(yīng)情況等方面進(jìn)行安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面綜合論證后確定。

1? 管材簡(jiǎn)介

1.1 鋼管

鋼管由鋼板加工而來，可以承受較大的內(nèi)外壓力，管材的可焊性好，方便制造各種配件，能適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)地形條件。鋼管一般采用焊接或法蘭連接，接口及轉(zhuǎn)角型式比較靈活，施工工藝成熟且方便，管道滲漏量少。鋼管有一項(xiàng)其他管材不具備的優(yōu)勢(shì)就是能夠靠自身抗拉強(qiáng)度來抵消軸向力，抗水錘能力好。其缺點(diǎn)是造價(jià)相對(duì)較高，維護(hù)費(fèi)用較高，抗腐蝕能力較差，除內(nèi)外壁均需進(jìn)行常規(guī)防腐處理外，在不良水文地質(zhì)段敷設(shè)時(shí)還需要考慮采用特殊防腐措施，如陰極保護(hù)防腐。另外鋼管施工工序較繁瑣，對(duì)管節(jié)之間的焊接要求高，還需要對(duì)焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)，比較耗時(shí)，安裝費(fèi)用相對(duì)其他兩種管材較高。

1.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管是由添加球化劑的鑄造鐵水高速離心鑄造而成。它有鐵的本質(zhì)，鋼的性能，其特點(diǎn)是耐腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高、韌性好，具有良好的可撓性和伸縮性，能吸收因地基沉降而產(chǎn)生的壓力，避免管道破裂，使用壽命長(zhǎng)。球墨鑄鐵管防腐直接在生產(chǎn)工廠內(nèi)完成，質(zhì)量有保證，安裝時(shí)不必額外進(jìn)行防腐處理，防腐蝕能力在三種管材中最優(yōu)。一般為承插連接，施工工藝簡(jiǎn)單，施工速度快。其缺點(diǎn)是大口徑球墨鑄鐵管價(jià)格昂貴，對(duì)大型輸水工程而言難以接受。

1.3 PCCP管

PCCP管是由鋼板、鋼絲和混凝土構(gòu)成的復(fù)合管材。埋在混凝土中的薄壁鋼管和管芯外壁纏繞的預(yù)應(yīng)力鋼絲，使PCCP管可以承受較高的內(nèi)水壓力和外部荷載。預(yù)應(yīng)力鋼絲和承插口鋼環(huán)受到混凝土或水泥沙漿的高堿性環(huán)境保護(hù)，不受外部介質(zhì)的侵蝕，使用壽命長(zhǎng)，一般情況下不用額外進(jìn)行防腐處理。與球墨鑄鐵管一樣，采用承插式連接方式，施工工藝簡(jiǎn)單，施工速度快。由于其優(yōu)良的抗?jié)B性、高強(qiáng)度、高可靠性、經(jīng)濟(jì)性，在超大口徑（DN3000以上）的壓力管道中PCCP具有明顯的優(yōu)越性。但同樣管徑的PCCP管重量是其他兩種管材的數(shù)倍，對(duì)運(yùn)輸、施工及地質(zhì)條件要求較高，需要大型起重機(jī)械吊裝，施工時(shí)受外界條件影響較大。

2 管材比較

2.1 管道重量

施工運(yùn)輸成本、施工吊裝機(jī)械跟管道尺寸和重量有很大的關(guān)系。同時(shí)重量較大的管道，對(duì)進(jìn)場(chǎng)道路的要求相對(duì)較高，有的甚至需要加固橋梁，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如表1所示，相同規(guī)格的管道，三種管材的單位重量由大到小依次是PCCP管、球墨鑄鐵管、鋼管。

2.2 耐壓能力

引水管道管壁一般承受管內(nèi)水壓力、管外土層靜荷載及地面活荷載，良好的耐壓能力是保證輸水安全性的重要前提保證。三種管材強(qiáng)度都很高，承受內(nèi)外壓的能力均很優(yōu)秀。其中，鋼管綜合力學(xué)性能最優(yōu)，且各向同性。

2.3 管壁糙率

初始糙率與管道的制造工藝水平、施工質(zhì)量有關(guān)，長(zhǎng)期運(yùn)行的糙率與水質(zhì)、水溫、結(jié)垢、含泥量有關(guān)。運(yùn)行過程中，管壁糙率會(huì)逐步變大，水流阻力增大，水頭損失變大，長(zhǎng)距離輸水管道工程需要加壓泵站加壓，能耗增加。初始糙率由大到小依次為鋼管、球墨鑄鐵管、PCCP管。長(zhǎng)期運(yùn)行后管道糙率會(huì)有所增加，因此在相同條件下，長(zhǎng)期運(yùn)行后管道糙率由大到小依次為鋼管、球墨鑄鐵管、PCCP管。

2.4 耐蝕性能

鋼管需要內(nèi)外防腐涂層，并結(jié)合陰極保護(hù)防腐;球墨鑄鐵管出廠成品已進(jìn)行了內(nèi)外防腐的噴涂工作，不必再進(jìn)行另外的防腐作業(yè);在絕大多數(shù)情況下，PCCP管道水泥砂漿保護(hù)層與混凝土管芯，都能夠?yàn)楣艿捞峁┳銐虻姆栏Ｗo(hù)，無須作任何附加措施，為避免PCCP預(yù)應(yīng)力鋼絲的氫脆破壞，大多數(shù)情況下還需采用陰極保護(hù)防腐。三種管材防腐費(fèi)用由大到小依次是鋼管、PCCP管、球墨鑄鐵管。

2.5 施工難度

管道安裝施工難度受管材重量、現(xiàn)場(chǎng)防腐處理、現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件、安裝工藝以及地基處理等因素影響，施工難度分析如表2所示。

2.6 運(yùn)行維修

由于鋼管具有可焊性，可直接在管身破壞處進(jìn)行焊接修復(fù)，修復(fù)較容易;球墨鑄鐵管需要更換管節(jié)，并用特制接頭連接，更換較為繁瑣;PCCP管需要替換新管節(jié)，一般用鋼管節(jié)替換。按照后期運(yùn)行維修的費(fèi)用由高到低排列依次為：鋼管、PCCP管、球墨鑄鐵管。

2.7 管材綜合單價(jià)

開挖方案設(shè)計(jì)：

由于輸水管線沿著公路方向兩側(cè)綠化帶埋設(shè)，地下管線復(fù)雜，施工空間非常有限，綜合考慮場(chǎng)地地質(zhì)條件和施工對(duì)道路交通的影響，臨時(shí)支護(hù)考慮采用鋼板支護(hù)，明挖法施工，圖1為2DN2200鋼管開挖支護(hù)斷面。不同管徑鋼管、球墨鑄鐵管開挖支護(hù)斷面可參考圖1，由于PCCP管自重相對(duì)較大，相對(duì)鋼管和球磨鑄鐵管需在坑底增加20cm厚碎石墊層。

三種管材埋管斷面設(shè)計(jì)參數(shù)如表3、4、5所示，表中未注明單位均以米計(jì)。

根據(jù)最新的詢價(jià)結(jié)果、埋管斷面設(shè)計(jì)和施工方案，鋼管、球墨鑄鐵管以及PCCP管（雙管）每公里管材價(jià)格如表6所示，管材價(jià)格隨管徑的變化趨勢(shì)圖如圖2所示，每公里雙管埋管的工程綜合單價(jià)匯總表如表7所示，每公里埋管的工程綜合單價(jià)隨管徑的變化趨勢(shì)圖如圖3所示。

由表6、7及圖2、3可見，各種管徑下，PCCP管的工程綜合單價(jià)最低;DN1800及以下管徑鋼管綜合價(jià)>球墨鑄鐵管綜合單價(jià);DN1800以上管徑鋼管綜合價(jià)<球墨鑄鐵管綜合單價(jià)。

3? 綜合比選結(jié)論

在輸水管線確定后，采用何種管材是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸水的重要一環(huán)。大口徑輸水管線作為城市的生命線，首要考慮的是管材的安全可靠性，一旦發(fā)生爆管事故，不僅給廣大人民群眾的生活帶來重大影響，而且管線周圍的建筑也會(huì)遭到破壞。所以在技術(shù)上可行的前提下，管材的安全可靠性應(yīng)作為第一考慮因素，其次是管材的經(jīng)濟(jì)合理性。

對(duì)于開槽鋪設(shè)的地下埋管，通過對(duì)以上三種管材的綜合比較，從管材的技術(shù)可行性、安全可靠性及經(jīng)濟(jì)合理性上綜合考慮，對(duì)于DN1800以上主干管，推薦選用施工技術(shù)成熟、運(yùn)行實(shí)踐穩(wěn)定、更加經(jīng)濟(jì)的Q235B鋼管。對(duì)于DN1800以下的管道，考慮到如果采用鋼管，管節(jié)焊縫處的內(nèi)防腐施工質(zhì)量不容易保證，會(huì)對(duì)管道的安全長(zhǎng)久運(yùn)行帶來隱患，故考慮采用球墨鑄鐵管道，其管節(jié)采用承插型式，管節(jié)處不需再做內(nèi)防腐，且施工速度較快、不需要做電化學(xué)防腐。

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