各類輸水管材的優(yōu)缺點及工程選擇應用分析

王 芳

（山西省水利建筑工程局 山西太原0 3 0 0 0 6）

改革開放以來，各種輸水管材不斷涌現(xiàn)，管材之間的競爭不斷提升。山西省近年來新建了許多管道輸水工程，根據(jù)各自工程的特點、工程所在地地質(zhì)情況、經(jīng)濟水平以及采用管材慣例的不同，各輸水工程所采用的管材也不盡相同。每個工程選取輸水管材都應考慮其獨特性，一種管材在一個地區(qū)被頻繁使用，并且經(jīng)濟技術比較也很合理，而換至另一個地區(qū)類似工程就不一定合理，這與管材的優(yōu)缺點和適宜性有很大關系。

根據(jù)近幾年山西省水利輸水工程來看，大型長距離輸水工程根據(jù)各自工程的特點，主要在鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管（FRPM）、聚乙烯塑料管（PE）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）五種管材進行選擇。下面就這幾類管材的優(yōu)缺點及幾項典型工程對輸水管材的選擇進行分析比較。

1 各類常用輸水管材的特點

1.1 鋼管

鋼管是生產(chǎn)技術相對成熟的一種管材，產(chǎn)品分類多，應用廣泛，不僅可以輸送流態(tài)物質(zhì)，還可以輸送固態(tài)物質(zhì)，是一種經(jīng)濟鋼材。

鋼管的優(yōu)點：管材強度高，耐壓力大，適應能力強，單米重量較輕，滲透能力小，接口形式靈活，安裝運輸方便，可穿越各種障礙。

鋼管的缺點：鋼管價格較高，焊接工作量大，管道內(nèi)、外壁均需防腐處理。內(nèi)壁需噴涂符合食品衛(wèi)生標準的防腐漆，管道外壁在不良地段（水位較高、鹽堿地）需做環(huán)氧煤瀝青加強級防腐處理及陰極保護等特殊防腐措施。另外，當鋼管管徑較大時需做支撐防止管道變形。

1.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管優(yōu)點：管壁致密，伸長率大，強度高，柔韌性好，抗彎強度大，耐腐蝕性好（通常不需作特殊防腐處理），接口采用柔性接口（伸縮性和曲折性良好），對地基適應能力強，施工簡單，安裝完成后可立即進行土方回填，縮短施工工期。

球墨鑄鐵管缺點：一般廠家不能生產(chǎn)大口徑管道（管道管徑通常為DN≤1400 mm），價格比較高（超過鋼管）。

1.3 玻璃鋼夾砂管

玻璃鋼夾砂管優(yōu)點：管材強度高，環(huán)剛度大，耐壓大，耐沖擊力強，重量輕（比重1.6～2.0，約為鋼材的1/5，為鋼筋混凝土管的1/7）；單根管長度較長（一般可達12 m），接頭較少，安裝費用較低，供水安全；由于管材采用了食品衛(wèi)生級不飽和樹脂作為內(nèi)襯，防滲防腐性能較好；抗污耐磨性能好，保溫性能好；安裝方便，工期較短。

玻璃鋼夾砂管缺點：由于管道較長，運輸不太方便；受生產(chǎn)原材料和工藝的影響，其產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；管道產(chǎn)品敷設受土質(zhì)影響，回填要求較高（需回填砂石或砂粒石），施工費用高，價格較高；出現(xiàn)暴管事故較多。

1.4 聚乙烯塑料管（PE）

PE管是近幾年的新型管材，是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂管材。

聚乙烯塑料管的優(yōu)點：管壁光滑，水頭損失小，不結(jié)垢，過流能力強；重量輕，運輸、安裝方便，施工速度快，工期短；管內(nèi)外均耐腐蝕，使用壽命長，可達50年；密封性好，內(nèi)外不滲漏；柔韌性能好，適應地基能力強，具有一定的彎曲度；連接方式為熱熔連接，維修費用低；衛(wèi)生性能好（不含有毒助劑）。

PE管的缺點：一般不能用于大管徑輸水和高壓管道輸水；價格較高；回填技術要求高。

1.5 預應力鋼筒混凝土管（PCCP）

預應力鋼筒混凝土管優(yōu)點：管徑較大（一般為DN800～DN4000 mm），采用預應力筋，承受內(nèi)外壓的能力高；管道中間帶有鋼襯筒，抗?jié)B性能優(yōu)越；接頭采用鋼制接頭和膠圈，密封性較好；使用壽命長，一般在20年以上（國外已成功使用達50年）；裝卸、運輸、安裝過程抗破壞能力強；內(nèi)壁光滑、水頭損失小、輸水能力強；安裝速度快。

預應力鋼筒混凝土管缺點：自重太大，運輸及安裝需采用大型運輸及起重設備，爬坡、過河及穿越段需采用特種專用設備；抗變形能力差；管配件制作困難；施工質(zhì)量控制比較困難（生產(chǎn)和安裝比較專業(yè)）。

2 幾類典型工程項目對管材的選取分析

近年來，山西省水利建筑工程局承建了不同類型的管材輸水工程，主要包括萬家寨引黃入晉工程、坪上應急引水工程、清徐原水直供工程、張峰水庫輸水總干線工程等，這些輸水工程大多完工投入運行，輸水管材在引輸水工程的正確選取，對工程成功建成并發(fā)揮出最大效益有著舉足輕重的意義。

2.1 萬家寨引黃入晉北干線耿莊水庫出水輸水工程

耿莊水庫出水輸水工程約0.8 km，采用鋼管輸水，管徑為DN1400 mm。

由于輸水管道距離0.8 km，相對較短，山西省內(nèi)沒用專門生產(chǎn)PCCP及玻璃鋼管的廠家，若采用PCCP或玻璃鋼管進行輸水，還需新建生產(chǎn)廠或從外省采購，這樣必定增加工程成本，所以不適合選用；本工程設計管徑為DN1400 mm，根據(jù)目前球墨鑄鐵管和PE管管徑的生產(chǎn)技術，達不到設計要求，也不宜采用；而鋼管可以選擇在省內(nèi)合格的生產(chǎn)廠家訂做加工，無論從技術、經(jīng)濟都能滿足本工程的要求，所以用鋼管輸水是較為經(jīng)濟合理選擇。

2.2 萬家寨引黃入晉段清徐原水直供工程清泉湖支線

該支線采用球墨鑄鐵管輸水，長度約3.72 km，管徑為DN 500 mm。

PCCP管管廠和玻璃鋼管管廠一般生產(chǎn)的管道直徑較大，最小管徑600 mm，本工程管徑不符合生產(chǎn)要求，同直徑的鋼管造價大，還需專做內(nèi)外防腐處理，也不適宜本工程；PE管成本較高，且多被應用在工業(yè)用水，本工程不宜采用。工程最后選用球墨鑄鐵管進行輸水，主要考慮其強度高、抗腐蝕力強、使用年代久等優(yōu)點。

2.3 山西省坪上應急引水干線工程

山西省坪上應急引水干線管道采用DN1800 mm玻璃鋼管并結(jié)合預應力鋼筒混凝土管（PCCP）進行輸水，長度約30 km，其中PCCP管道長度約10 km，玻璃鋼管道長度為20 km。

由于球墨鑄鐵管和PE管管徑生產(chǎn)能力達不到設計要求，而鋼管造價較高，還需專做內(nèi)外防腐處理，故這三種管材應用于本工程都不太合適。

供水干線工程地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)早期（Q4pal）洪沖積物，巖性上部為淡黃色低液限粉土，稍濕，結(jié)構(gòu)松散，下部為級配不良砂，礦物成分主要為長石、石英，含少量暗色礦物及粉黏粒，為含水層。地勢較為平坦，地基較好，適合采用玻璃鋼管。但供水干線起點段是沿滹沱河右岸河灘埋設，長度約10 km，地下水位較高，管道全部位于地下水位以下，地基相對較差，綜合施工技術條件該10 km管線采取PCCP管道輸水較好。

2.4 張峰水庫輸水總干線工程

山西省張峰水庫輸水總干工程中有25.25 km長度管段采用3種管徑（DN1600、DN1400和DN1200）PCCP管輸水，其后13.01 km管段采用DN1200玻璃纖維增強塑料夾砂管（FRPM）進行輸水。

由于PE管管徑達不到設計要求，DN1200的球墨鑄鐵管管徑相對較大，相應生產(chǎn)廠家較少，且造價高，鋼管造價相對更高，還需專做內(nèi)外防腐處理，這就決定了這些管材都不適合做本工程的輸水管材。

總干工程中間25.25 km長度管段線路多處位于河道河谷及河漫灘，局部地段穿過河床，地形起伏較大。主要涉及的地層巖性為第四系全新統(tǒng)洪沖 積Q4pal卵石混合土，偶見漂石，漂卵石含量范圍值33.1%～63.0%，平均值56.3%。局部基巖地層巖性為上石盒子組（P2s）綠黃色薄層泥質(zhì)細～粗砂巖夾紫紅色泥巖，局部有地下水出露。由于地形及地質(zhì)條件不適宜采用玻璃鋼管，而且線路長度達25.25 km，適宜在工程現(xiàn)場建廠生產(chǎn)PCCP管，故可采取PCCP管道輸水。

其后13.01 km管段地層巖性主要為第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）低液限黏土和混合土卵石，地勢較為平坦、地基基礎較好、交通方便，可采用玻璃鋼管作為輸水管材。

2.5 某廠區(qū)輸水工程管材確定

某廠區(qū)輸水工程采用DN300聚乙烯塑料管（PE）輸水，長度約9.6 km，工期為60 d。

本輸水工程長度較大，工期短，PCCP管道和玻璃鋼管主要用于大型管徑輸水工程；使用鋼管造價較高，還需專做內(nèi)外防腐處理；使用球墨鑄鐵管造價較高，施工速度慢，不能滿足工期要求。經(jīng)比較本工程采用PE管較為適宜，其重量輕，運輸、下管、安裝均十分方便，施工速度快，工期短，總施工費用相對較低，且管內(nèi)外均耐腐蝕，使用壽命較長。

3 結(jié)束語

水利輸水工程大多距離較長，管材的選擇要綜合考慮工程規(guī)模的大小、管道的工作壓力、輸水距離的長短、工程工期要求以及工程的重要性等因素，為便于施工、節(jié)省工序，還應考慮工程所在地的地形、地貌、地質(zhì)情況以及當?shù)毓懿牡纳a(chǎn)及供應狀況，最后根據(jù)工程的資金落實情況及管材的應用習慣，從技術、經(jīng)濟、安全等方面的綜合比較后選定輸水管材，從而保證工程效益的充分發(fā)揮。