淺談長(zhǎng)距離供水工程管材的選擇

□ 俸榮偉

隨著城鄉(xiāng)一體化的快速推進(jìn)，長(zhǎng)距離供水工程逐年增多。在長(zhǎng)距離供水工程中，供水管材投資占工程總投資的比重也越來(lái)越大，因此供水企業(yè)如何選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)適用的供水管材是企業(yè)不斷關(guān)注的問題。本文結(jié)合廣西壯族自治區(qū)北海市鐵山港區(qū)原水供水管道改擴(kuò)建工程實(shí)例，從投資經(jīng)濟(jì)、管線工程地質(zhì)、管道安裝、管道后期管理維護(hù)、使用年限等分析，推薦DN1400和DN1600管徑使用PCCP管；DN800管采用球墨鑄鐵管作為輸水管材。

1 概述

1.1 工程概況

北海市鐵山港區(qū)原水供水管道改擴(kuò)建工程主要負(fù)責(zé)供應(yīng)鐵山港自來(lái)水廠原水和鐵山港工業(yè)用原水，設(shè)計(jì)供水總規(guī)模為44.7萬(wàn)m3/d，現(xiàn)狀供水能力僅為8萬(wàn)m3/d，原水供水工程主要鋪設(shè)4根DN1200的玻璃鋼夾砂管約26km，但由于部分管段多次發(fā)生爆管事故，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，2016—2020年爆管維修記錄共計(jì)107次，存在極大的運(yùn)行安全隱患，且搶修維護(hù)工程量和費(fèi)用逐年增加，嚴(yán)重影響鐵山港區(qū)的供水安全。另外，根據(jù)鐵山港區(qū)工業(yè)園項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度和發(fā)展規(guī)劃，預(yù)測(cè)2023年鐵山港區(qū)計(jì)劃總需水規(guī)模為26.95萬(wàn)m3/d，現(xiàn)狀供水能力無(wú)法滿足供水要求，因此對(duì)供水管道進(jìn)行升級(jí)改造是非常必要的。

工程在隧洞出口的連通井新增2條供水管道，設(shè)計(jì)輸水方式采用有壓重力式自流供水。供水管道設(shè)計(jì)最高日供水量26.95萬(wàn)m3/d ，設(shè)計(jì)引水流量Q=3.43m/s ，經(jīng)濟(jì)流速為0.8m/s～1.5m/s，項(xiàng)目供水管網(wǎng)總長(zhǎng)約42km，單根管線長(zhǎng)約21km。

1.2 用水量需求預(yù)測(cè)

根據(jù)鐵山港區(qū)現(xiàn)有企業(yè)、居民用水需求資料以及鐵山港區(qū)工業(yè)園項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度和發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)2023年鐵山港區(qū)總用水量為26.95萬(wàn)m3/d（見表1）。

2 管徑選擇

工程設(shè)計(jì)2個(gè)管徑比選方案，其中方案一將新建2條DN1600和DN1400供水管，方案二將新建1條DN2000的供水管，該工程推薦采用方案一（見表2）。

3 管材選擇

3.1 管材選擇原則

對(duì)管材的選擇，主要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行綜合比選，評(píng)定內(nèi)容主要包括以下幾方面:

（1）管材具有安全、穩(wěn)定的性能，并且能夠同時(shí)承受工程要求的內(nèi)壓和外部荷載；

（2）管材能適應(yīng)管道敷設(shè)區(qū)的地形地質(zhì)情況；

（3）管道具有良好的密實(shí)封閉性和防漏能力；

（4）管材來(lái)源有保證，管件配套齊全；

（5）管材施工方便，有利于節(jié)約工期；

（6）管材使用年限相對(duì)較長(zhǎng)，且維修費(fèi)用及工作量少；

（7）管材內(nèi)壁光滑，在相同的條件下輸送水的能力可一直保持不變；

（8）工程造價(jià)低、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理等。

表1 鐵山港區(qū)工業(yè)計(jì)劃用水統(tǒng)計(jì)表

表2 管徑方案比選分析

3.2 技術(shù)規(guī)范推薦

參照《城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管道（渠）工程技術(shù)規(guī)程》（CECS 193—2005） ，當(dāng)管道敷設(shè)地的地質(zhì)條件較好，使用壓力較低（1.0MPa以下）時(shí)，對(duì)于大口徑輸水管道（DN1200及以上），可以通過(guò)選擇鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管、鋼管進(jìn)行管材比選[1]。當(dāng)管道穿越特殊地段如穿越河流、鐵路、高速公路等時(shí)，宜優(yōu)先選擇鋼管。

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部等部委聯(lián)合印發(fā)的《中國(guó)節(jié)水技術(shù)政策大綱》規(guī)定，推廣使用新型管材，提出管徑大于DN1200mm的管材優(yōu)先考慮PCCP管；管徑為DN300mm～DN1200mm的管材優(yōu)先采用塑料管和球墨鑄鐵管；管徑小于DN300mm的管材優(yōu)先采用塑料管，鍍鋅鐵管將逐步淘汰。

3.3 管材選擇

目前在長(zhǎng)距離供水工程中，常用供水管材主要有鋼管、球墨鑄鐵管以及預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（以下簡(jiǎn)稱PCCP管）[2]。北海市鐵山港區(qū)原水供水管道改擴(kuò)建工程供水管道總長(zhǎng)度約42km，管道的建設(shè)投資約占工程總投資的45%，因此工程選擇技術(shù)適用、經(jīng)濟(jì)合理的管材至關(guān)重要。根據(jù)工程運(yùn)行要求，選擇鋼管、球墨鑄鐵管、PCCP管作為管道的備用管材，并從水力學(xué)、技術(shù)性能、抗腐蝕性能、施工及維修等方面進(jìn)行比選。

3.3.1 水力學(xué)條件分析

鋼管采用內(nèi)涂層防腐時(shí)糙率為0.009～0.012，PCCP管糙率為0.012～0.0125，球墨鑄鐵管糙率為0.011～0.012，3種管材的糙率及過(guò)流能力基本相當(dāng)。

3.3.2 技術(shù)性能方面

根據(jù)《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T1 9685—2005），PCCP管頂覆土深度最大為10m，工作內(nèi)壓最大為2.0MPa；根據(jù)《水及燃?xì)庥们蚰T鐵管、管件和附件標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 13295—2013）要求K9級(jí)球墨鑄鐵管工作內(nèi)壓最大為2.4MPa，承受最大負(fù)壓為9m；鋼管工作內(nèi)壓最大為2.5MPa，承受最大負(fù)壓為10m。

工程采用管徑為DN1400～DN1600，上述3種管材均能滿足技術(shù)性能要求。

3.3.3 抗腐蝕性能方面

PCCP管及鋼管受地下水及場(chǎng)地土的腐蝕影響，需采取一定的防腐措施，管道造價(jià)增加。球墨鑄鐵管本身耐腐蝕能力強(qiáng)，球墨鑄鐵管在出廠前已完成內(nèi)外防腐處理，施工現(xiàn)場(chǎng)不必再做防腐處理[3]，管材防腐費(fèi)用排序?yàn)殇摴埽綪CCP管＞球墨鑄鐵管。

3.3.4 施工及維修方面

PCCP管和球墨鑄鐵管采用承插接頭，接口方便，但單節(jié)管長(zhǎng)5m～6m，接頭數(shù)量較多，且單節(jié)管重量較大，PCCP管吊裝和搬運(yùn)相對(duì)困難，需要使用大型機(jī)械吊裝[4]；鋼管在現(xiàn)場(chǎng)焊接，對(duì)焊接的工藝要求較高，工作量大施工速度較慢，且為確保焊接安全，施工場(chǎng)地保持干燥。從定期維護(hù)檢修考慮，鋼管維護(hù)費(fèi)用最高，其次是PCCP管，球墨鑄鐵管維護(hù)費(fèi)用最低。

表3管材性能對(duì)比結(jié)果表明，PCCP管、球墨鑄鐵管和鋼管抗內(nèi)外壓能力、防滲性能等相差不大。PCCP管和球墨鑄鐵管采用密封膠圈對(duì)接，管道密封性好，對(duì)接容易，且能適應(yīng)地基沉陷、變形，維修方便、維修時(shí)間短、維修費(fèi)較低，管材總造價(jià)較低。而鋼管耐腐蝕性能力較差，焊接接頭不易檢查，防腐要求高，維修復(fù)雜、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、維修費(fèi)用高，管材造價(jià)最高。

根據(jù)表4、表5可知，從經(jīng)濟(jì)角度而言，工程采用鋼管的方案工程建設(shè)總投資最大，其次是采用球墨鑄鐵管，而采用PCCP管的工程建設(shè)投資最少。從施工角度而言，鋼管接口采用焊接，工程管道較長(zhǎng)，焊接工作量及難度較大，對(duì)工期、投資有較大的影響；球墨鑄鐵管及預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管均可采用承插口連接，施工簡(jiǎn)單、快捷。從管道抗內(nèi)壓能力、抗外壓能力、耐腐蝕性、管道安裝維修、施工等方面考慮，球墨鑄鐵管均占優(yōu)勢(shì)。根據(jù)工程地勘資料，管線的敷設(shè)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，管道絕大部分處于原狀土地層，球墨鑄鐵管和PCCP管均可滿足工程的運(yùn)行要求。經(jīng)綜合分析，雖然球墨鑄鐵管在多方面均有優(yōu)勢(shì)，但球墨鑄鐵管工程總投資比PCCP管工程總投資多1.26億元，約占總投資的33.25%，對(duì)工程總投資影響較大，為確保工程的安全運(yùn)行，提高供水保證率，又滿足經(jīng)濟(jì)合理的要求，故工程推薦PCCP管為主要供水管材。同時(shí)，部分需要跨越防洪堤、高速公路、河流等的供水管道均采用球墨鑄鐵管。

表3 管材主要性能分析表

表4 三種管材綜合造價(jià)分析表 （單位：元/m）

表5 三種管材工程建設(shè)投資分析表 （單位：億元）

4 結(jié)語(yǔ)

工程屬于長(zhǎng)距離供水工程，從投資經(jīng)濟(jì)、管線工程地質(zhì)、管道安裝、管道后期管理維護(hù)、使用年限等角度出發(fā)，根據(jù)地形地貌和管道壓力因地制宜選擇不同管材的組合方式，即地形地貌、地質(zhì)條件較好的路段優(yōu)先選用PCCP管；對(duì)部分地質(zhì)條件不佳、易發(fā)生不均勻沉降、管道運(yùn)行安全隱患較大的路段優(yōu)先采用球磨鑄鐵管，既可保證工程的正常運(yùn)行，又達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。