關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）與玻璃纖維增強塑料夾砂管（FRPM）在張峰水庫輸水總干工程中的應(yīng)用比較

宋國華

（山西省張峰水庫建設(shè)管理局 山西沁水 048215）

0 引言

張峰水庫位于山西省晉城市沁水縣鄭莊鎮(zhèn)張峰村沁河干流上，由樞紐工程與輸水工程兩部分組成。輸水工程由總干、一干、二干組成，為城市生活、工業(yè)、農(nóng)村人畜飲水和蔬菜、桑園灌溉輸水。輸水工程等別為Ⅲ等，管道及其建筑物的級別為3級?？偢稍O(shè)計流量6.45～2.44 m3/s，全長63.1 km，渠首至20#隧洞出口為明流輸水，全長24.7 km，20#隧洞出口至總干末端蓄水池為管道輸水，全長38.4 km，流量2.44 m3/s。壓力管線接20#隧洞出口，穿固縣河后沿胡底河逆流而上，在七坡村東樁號為T5+987處設(shè)總干一級泵站，泵站總裝機8 400 kW。過泵站后出水管繼續(xù)沿胡底河到玉溪村東側(cè)平坦處設(shè)出水池，在樁號T12+461處設(shè)總干二級泵站，泵站總裝機8 400 kW。出泵站后出水管繼續(xù)沿胡底河向東北，在T17+807到達(dá)老馬嶺隧洞（無壓隧洞全長3.76 km），出隧洞后管道接出水池向東，至交河村，沿公路右側(cè)至章莊村南，順河而下，至陳莊村后折向東北，沿S331公路向東，一直到上玉井村后折向北，在唐莊西北約1 km處到達(dá)總干末端調(diào)蓄水池。其中T0+000～T3+911為DN1600預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（以下簡稱 PCCP）,T3+911～T17+807為DN1400 PCCP,T21+633～T25+284 為 DN1200 PCCP,T25+284～T38+437為DN1200玻璃纖維增強塑料夾砂管（以下簡稱FRPM管）。

現(xiàn)針對張峰水庫工程輸水總干PCCP與FRPM管兩種管材的設(shè)計、安裝、運行管理等方面進(jìn)行比較。

1 設(shè)計方面

1.1 回填要求方面

圖1 管道回填斷面

以管道穿卵石混合土區(qū)為例，管道回填標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1所示。具體要求如下：PCCP管底鋪設(shè)150 mm厚的碎石或砂礫料墊層，粒徑小于20 mm，無級配。墊層一次鋪設(shè)完畢，均勻攤鋪平整。管區(qū)回填范圍內(nèi)，盡量采用原土回填，但不得含有機物、凍土以及大于50 mm的硬塊，不應(yīng)有大于80 mm的土塊，管區(qū)Ⅰ回填料壓實系數(shù)不小于0.93，管區(qū)Ⅱ回填料壓實系數(shù)不小于0.85。非管區(qū)回填壓實系數(shù)不小于0.80。FRPM管管底鋪設(shè)150 mm厚粗砂墊層，墊層一次鋪設(shè)完畢，壓實系數(shù)不小于0.95。管區(qū)回填范圍內(nèi)，盡量采用原土回填，但不得含有機物、凍土以及大于19 mm的硬塊，不應(yīng)有大于38 mm的土塊，管區(qū)Ⅰ回填料壓實系數(shù)不小于0.95，管區(qū)Ⅱ回填料壓實系數(shù)不小于0.90。非管區(qū)回填壓實系數(shù)不小于0.85。因此，F(xiàn)RPM管對管區(qū)回填材料要求更高。

1.2 工程地質(zhì)條件適應(yīng)方面

本工程老馬嶺隧洞以前涉及的地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)洪沖積（）卵石混合土，局部地段為低液限黏土或基巖。老馬嶺隧洞以后涉及的地層巖性主要為中更新統(tǒng)洪沖積（低液限黏土及上更新統(tǒng)洪積（低液限黏土或低液限粉土，局部地段涉及奧陶系中統(tǒng)峰峰組（角礫狀泥灰?guī)r、灰?guī)r。與PCCP相比，F(xiàn)RPM管對管區(qū)回填材料要求更高，因此，老馬嶺隧洞以前安裝PCCP，老馬嶺隧洞以后安裝FRPM管。

1.3 耐腐蝕性方面

FRPM管管材為一種耐腐蝕管材，它能有效地抵抗污水、腐蝕性土壤的化學(xué)侵蝕，不需進(jìn)行防腐處理即可長期使用。PCCP管材容易受Cl-、CO2等腐蝕介質(zhì)侵蝕，耐腐蝕性能較差，在運行過程中會出現(xiàn)腐蝕。因老馬嶺隧洞前水樣檢驗含有較多的Cl-、CO2等，對管道進(jìn)行防腐處理，防腐層為400μm厚超厚漿型環(huán)氧煤瀝青防腐漆。

1.4 水力學(xué)性能方面

FRPM管的糙率系數(shù)取0.009，PCCP的糙率系數(shù)取0.013，由此可以看出FRPM管道能顯著減少沿程水頭損失。本工程在管道輸送能力相同時，PCCP管徑以DN1600和DN1400為主，而FRPM管管徑只需DN1200即可，從而減少土方開挖量，降低施工費用。

1.5 管材抗外壓性能方面

當(dāng)管內(nèi)無水時，F(xiàn)RPM管抗外壓性能較低，而PCCP抗外壓性能較高。因此，當(dāng)FRPM管上方存在較大的動荷載時，需采取套管防護(hù)措施。

2 安裝方面

2.1 安裝進(jìn)度方面

在管道安裝效率方面，對DN1400～DN1600的PCCP管道，一般每天每個工作面只能安裝6 m長管道4～5根。而對DN1200的FRPM管道，每天每個工作面可安裝12 m長的管道8～10根，安裝效率高。同時，由于單管長度比PCCP管長一倍，接頭數(shù)量減少了50%，在長距離管線安裝時，減少了管道接頭滲漏的可能性，接頭的安全性能比PCCP管道高。因此，F(xiàn)RPM管安裝進(jìn)度較快。

2.2 拐點銜接方面

PCCP彎頭拐角大于5°時，采用鋼制彎頭管件，外包C15混凝土鎮(zhèn)墩;拐角小于5°時，采用標(biāo)準(zhǔn)管道或短管借轉(zhuǎn)方式連接。FRPM管彎頭轉(zhuǎn)角大于3°時，采用FRPM管彎頭，外包C15混凝土鎮(zhèn)墩;拐角小于3°時，采用標(biāo)準(zhǔn)管道或短管借轉(zhuǎn)方式連接。因此，F(xiàn)RPM管更易于安裝。

2.3 裝卸方面

FRPM管的密度為1.75～1.9 g/cm3，與相同壓力、相同管徑的PCCP管材比較，F(xiàn)RPM管單位長度的重量約為PCCP的10%，如吊裝相同管徑12 m長的FRPM管需8～10 t的吊車，但吊裝6 m長PCCP管則需要16 t甚至20 t以上吊車才能滿足要求，因此，F(xiàn)RPM管更易于裝卸、安裝。

3 運行管理方面

3.1 環(huán)保性方面

FRPM管的內(nèi)襯層采用食品級不飽和聚酯樹脂，可確保水質(zhì)符合《GB/T 17219生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評價》標(biāo)準(zhǔn)要求，可用于輸送和貯存含氯的飲用水及生活用水。長期運行管道內(nèi)壁也不會生苔、結(jié)垢、滋生微生物，不會對水質(zhì)造成二次污染。而PCCP長期使用后，內(nèi)壁會生苔、結(jié)垢、滋生微生物，減小過水能力，增加泵送成本，而且對水質(zhì)造成二次污染。因此，F(xiàn)RPM管的環(huán)保性好。

3.2 耐磨性方面

FRPM管內(nèi)表面十分光滑，長期使用后其糙率系數(shù)變化不大，而PCCP在長期使用過程中，由于其內(nèi)表面水泥顆粒的脫落，結(jié)垢和微生物的滋生，糙率系數(shù)增加較大。因此，F(xiàn)RPM管的耐磨性強。

3.3 管材造價方面

以本工程為例，PCCP標(biāo)準(zhǔn)管管材單價主要介于2 200～2 500元/m，F(xiàn)RPM管標(biāo)準(zhǔn)管管材單價主要介于1 400～1 700元/m。因此，F(xiàn)RPM管的單價較低，建設(shè)成本較小。

3.4 事故檢修方面

PCCP管道安全性高，一般不出現(xiàn)管身、接頭漏水。因本工程PCCP位于總干一、二級泵站加壓范圍內(nèi)，可能產(chǎn)生水錘，事故發(fā)生后，停水并關(guān)閉上下游檢修蝶閥，放空管道，采用鋼制應(yīng)急短管替換損壞管道。FRPM管本身抗剪能力差，容易在承插口及建筑物進(jìn)出口剪斷，事故發(fā)生后，停水并關(guān)閉上下游檢修蝶閥，放空管道后采用與管材相同的不飽和聚酯樹脂、無堿玻璃纖維針織氈、固化劑等材料進(jìn)行現(xiàn)場糊口；如管道破壞嚴(yán)重，替換備用的FRPM管。因此，F(xiàn)RPM管易于檢修。

4 結(jié)論

綜上所述，張峰水庫輸水總干PCCP在回填要求、工程地質(zhì)條件適應(yīng)、管材抗外壓性能等方面具有明顯優(yōu)勢，F(xiàn)RPM管在耐腐蝕性、水力學(xué)性能、環(huán)保性、耐磨性、管材造價、安裝進(jìn)度、拐點銜接、裝卸、事故檢修方面具有明顯優(yōu)勢。目前，張峰水庫輸水總干已運行兩年，PCCP與FRPM管均運行正常，說明管材的設(shè)計、安裝過程合理可行。