長距離輸水管道工程管材選擇

王存存

摘 要：隨著社會的發展和水資源分布不均矛盾的加劇，越來越多的長距離輸水管道在城鄉生活及工農業供水工程中應運而生。在管道工程中，管材的投資一般占工程投資的1/2以上，因此管材選擇至關重要。對不同管材技術特性、經濟性和防腐方式進行對比分析，為同類工程提供參考。

關鍵詞：長距離輸水管道;鋼管;球墨鑄鐵管;預應力鋼筋混凝土管;預應力鋼筒混凝土管

中圖分類號：TU991.36 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-00-03

Selection of Pipes for Long-Distance Water Transmission Pipeline Project

WANG Cuncun

（Ningxia Water Investment Group Co.， Ltd.， Yinchuan Ningxia 750001）

Abstract： With the development of society and the intensification of the contradiction of uneven distribution of water resources， more and more long-distance water pipelines came into being in urban and rural life and industrial and agricultural water supply projects. In pipeline engineering， the investment of pipes generally accounts for more than 1 / 2 of the project investment， and the selection of pipes is very important. To make a comparative analysis on the technical characteristics， economy and anti-corrosion methods of different pipes， so as to provide reference for similar projects.

Keywords： long distance water pipeline;steel pipe;ductile iron pipe;prestressed reinforced concrete pipe;prestressed steel cylinder concrete pipe

在長距離輸水管道工程中，管材選擇是一項非常重要的工作。要考慮長距離輸水管道工程規模、地質條件、外荷載、工期目標及資金成本等一系列因素，選擇最優的管材，以節約工程投資成本，降低施工難度[1]。

1 不同輸水管材的優缺點

近年來，工程技術日趨成熟，涌現出了一大批新型材料。我國引入了諸多新生產工藝、新型管材等，有效拓展了輸供水工程管材的選擇空間。當前，鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、預應力鋼筋混凝土管（PCP）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管（GRP）及鋼塑復合管等是輸水管道工程的主要管材類型。由于不同管材在性能、成本等方面存在較大差異，因此要綜合對比不同管材的優缺點，以確定最優管材[2]。

1.1 鋼管（SP）

鋼管應用歷史較長，應用范圍較廣。相較于其他管材，鋼管具有較高的強度、良好的適應性與靈活的接口形式，且糙率與水頭損失較低，單位管長重量較輕，密封性好，對地基不均勻沉降的適應能力強，適用于地形復雜地段，能穿越各種障礙。《城鎮供水長距離輸水管（渠）道工程技術規程》（CECS 193—2005）第4.3.3條規定：“對單條重要的大口徑輸水管道，或地質條件較差、使用壓力較高（1.0 MPa以上）時，宜選用鋼管。當輸水管道穿越河流、鐵路等時宜選擇鋼管。”

鋼管的缺點是價格相對較高，抗腐蝕性較差，易生銹，易導致水質受到污染，需增加內、外防腐及陰極保護工藝。

1.2 球墨鑄鐵管（DIP）

和鋼管相比，球墨鑄鐵管的柔性良好，具有更大的強度與更高的延伸率，且耐腐蝕性的優勢明顯。橡膠圈柔性接頭是球墨鑄鐵管的主要接口方式，能有效適應不同地基，具有較長的使用壽命和較高的管道承受壓力。滲水、漏水及爆管等情況一般不會出現在后續運行過程中。同時，球墨鑄鐵管的運輸、安裝難度較小，施工周期短，能大幅度節約工程安裝成本。目前，它已在城市給排水工程建設中廣泛應用。

但是，球墨鑄鐵管質量大，輸水過程中容易產生腐蝕餾。此外，現階段國內只有較少廠家生產大口徑球墨鑄鐵管，導致其價格高。

1.3 預應力鋼筋混凝土管（PCP）

預應力鋼筋混凝土管目前應用較為普遍，主要原因在于其造價成本低，且加工難度較小。和其他管材相比，PCP管的抗滲性、耐久性優良，施工難度小。管道內壁十分光滑，基本不會出現結垢的情況，具有較強的輸水能力。即便沒有采用防腐處理技術，也不會出現腐蝕。

但是，PCP管的柔性不佳，自重較大，運輸難度大，且無法保證承插接口的加工精度，存在較大的維修難度。此外，部分PCP管存在空鼓、裂縫等問題，易導致滲漏情況的發生。受PCP管管徑及工作壓強的影響，其一般被應用于管徑2 000 mm以下、工作壓強在0.4～0.8 MPa的路段。

1.4 預應力鋼筒混凝土管（PCCP）

預應力鋼筒混凝土管的制作材料為鋼絲、混凝土與鋼筒。其在抗滲性、密封性、抗震能力、耐腐性能與耐久性等方面的優勢較大，且具有較長的使用壽命與較大的管徑使用范圍。現階段，鋼制承插口是PCCP管道的主要接口形式，且應用了橡膠止水圈，具有良好的止水效果，能非常便捷地檢驗接頭滲漏情況，安裝難度小，維修成本低。PCCP管的缺點是造價較高，單位管長質量大，運輸和施工相對不便，管內壁易滋生水生物。

PCCP管的管徑一般為600～4 000 mm，工作壓強為0.4～2.0 MPa，最高內壓可達2.5 MPa。該管材特別適用于管徑在1.2 m以上的大口徑管道工程。對于管徑小于1.2 m的中小口徑管道工程，PCCP管重力較大，價格相對偏高，不具有市場競爭優勢。

1.5 鋼絲網骨架PE管

此種管材是在聚乙烯塑料管中設置鋼絲纏繞網，發揮骨架增強體的作用。如果長距離輸供水管道所處區域高低不平，可采用此種管材。此種管材融合了鋼、塑兩種材料，可規避塑料管的快速應力。和純塑料管相比，此種管材在強度、剛性及抗沖擊性等方面具有較大優勢，與鋼管的低線膨脹系數和抗蠕變性等特點較為類似[3]。同時，此種管材借助電熱熔接頭進行連接，具有較強的抗軸向壓能力。

但此種管材的內襯鋼絲網無法對接熱熔，需要應用特定的熱熔接頭，導致熱熔施工要求較高。管材與熱熔接頭連接處因剛性較高容易斷裂，且熱熔接頭增加了工程成本[4]。因此，若工程所在區域為山地，可以采用此種管材。若區域土質具有較高含水量或過于疏松，則禁止采用此種管材。此外，大口徑或壓強較大的管道工程一般不考慮采用該管材。

2 輸水管材比選

2.1 經濟性比較

不同輸水管道管材價格比較見表1。從表1可以看出，預應力鋼筋混凝土管價格最低，鋼管價格最高，球墨鑄鐵管大管徑價格偏高，預應力鋼筒混凝土管在管徑1.2 m以上價格偏低。

2.2 技術性能比較

不同管材技術性能比較見表2。

3 綜合比較結果

鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筋混凝土管（PCP）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）及鋼絲網骨架PE管各有其優勢。鋼管容易生銹，需做好防腐工作，且使用壽命相對較短，一般穿越地勢高差起伏較大時采用;球墨鑄鐵管將鐵、鋼的優勢融合起來，具有良好的絕緣性與耐腐蝕性能，且擁有較長的使用壽命和較高的性價比，但管徑適用范圍較小，一般應用于高壓強、小管徑工程;預應力鋼筒混凝土管（PCCP）運行安全性能優良，在大管徑、高壓強工程中性能良好，適宜應用于1.2 m以上的大口徑管道;鋼絲網骨架PE管對地形地勢要求低，容易施工，對接口熱熔要求高，在管徑小于1.0 m、壓強小于1.0 MPa時考慮使用;預應力鋼筋混凝土管（PCP）是最經濟的管材，但在工作壓強和管徑方面受到限制[5-6]。

寧夏某輸水工程輸水線路總長75 km，其中輸水管道長39 km。經計算，初擬管徑為1.8 m和2.0 m，管線所經地形地質條件復雜，水土腐蝕性較弱，工程運行期不安全、故障點較多，管徑較大，且工程屬于重要民生工程，責任重大。PCCP管耐久性、抗滲性較好，試壓方便，摩阻系數小，安裝方便，價格適中，較適用于該工程，但要注意做好防腐。對于陰極保護，可考慮在PCCP管加工制造時預埋鋼帶，根據運行期監測情況適時實施陰極保護。

4 結語

近年來，鋼管的材質和力學性能大幅提高，防腐工藝也越來越先進，使用壽命延長，且近年來鋼管價格不高，單價與PCCP管價格相當。因此，考慮在復雜地形，彎管及井室部位優先選用鋼管，防腐方式采用3PE外防腐，內壁熔結環氧樹脂粉末。對于其他管材，由于價格、口徑和壓強要求，不考慮選用。

參考文獻：

[1]何偉，耿祥，張明勝，等.長距離輸水管道工程管材綜合比選[J].價值工程，2020（3）：171-174.

[2]白聰莉.山區長距離輸水管道工程的設計分析[J].市政技術，2020（6）：236-241.

[3]王澤業.長距離輸水管線安全供水技術的探究[J].水電水利，2020（7）：51-52.

[4]廖功磊，鐘林濤，蔣輝霞，等.長距離輸水管道水力過渡分析及水錘防護措施研究[J].中國農村水利水電，2019（9）：181-184.

[5]張曉平.長距離輸水管道工程輔助決策系統研究與實現[D].武漢：華中科技大學，2019：32.

[6]吳建剛.淺談長距離輸水工程管道的設計[J].城鎮供水，2020（1）：86-90.