水利引調(diào)水工程管道材料選擇的研究

蓋海英

山東新匯建設集團有限公司

水利引調(diào)水工程管道材料選擇的研究

蓋海英

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遠距離輸水管道的特點

（一）減少滲漏并保護水質(zhì)

水在管道內(nèi)流動，在封閉的系統(tǒng)中，基本不會產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，也基本不會產(chǎn)生污染；長距離輸水不像配水工程那么多嫁接點，接口少也能夠有效的防止漏水。不過沿程的漏損現(xiàn)象是不可避免的，但是滲漏量是非常少的。遠距離的液體流動可以理解為穩(wěn)定流，流動時也涉及熱力過程，所以液體的熱力參數(shù)也會發(fā)生相應的變化，比如壓強、溫度、比容等參數(shù)，例如承插類的連接處按照常規(guī)定義，其中正常管道的流通量為Q=0.14D，其中Q為允許流通量（L/m in·km），D為管道內(nèi)徑（m）。以內(nèi)徑為1500m的供水管道為例，根據(jù)公式計算滲透量僅為0.14×1.5=0.21（L/m in·km），也就是說長度10km的輸水管道，滲透量僅為0.21×10×24×60/1000=3.024（m3/d）。這個數(shù)據(jù)相比渠道的滲漏量及蒸發(fā)量顯然是很小的。

（二）節(jié)省土地資源

輸水管道工程除了提升泵站和各種閥井類的附屬設施為永久占地外，埋地管道本身一般都為部分無效占地，也就是說此種類型的占地成本并不會損害相關城市的土地成本，進而也減少了管理成本。改革開放以來，中國經(jīng)濟飛速發(fā)展，隨著人口基數(shù)變大，人民對土地的要求量和人民對生存的要求充滿了矛盾，因此選擇一套科學的供給水源的方案顯得至關重要。在這種現(xiàn)象下使用輸水管道供水當然是首選方案，也適應現(xiàn)代趨勢的發(fā)展。

（三）對環(huán)境影響小，便于管理和維護

埋地管道工程基本就是做日常的運行管理維護工作，包括閥門、閥件、接口等，需要定期檢查和維修。而且長距離輸水管線一般會采用計算機控制管理系統(tǒng)，與企業(yè)或水廠的現(xiàn)有系統(tǒng)有機整合在一起，實現(xiàn)水廠、泵站、輸水管線統(tǒng)一調(diào)度。管道一般是根據(jù)地形起伏布置的，穿越道路、溝渠處基本采用頂管、定向鉆等方式，不影響交通和河道的防洪排澇，在穿越兩端還會設置檢修閥門，便于后期的維護、管理。

（四）運行安全，使用壽命長

我國水利建設方案比選時的經(jīng)濟周期是50年，所以輸水管道使用壽命也應高于50年。目前大口徑輸水管道基本都采用承插式的柔性接口，減少施工周期。柔性接口在一定程度上能適應地基變形，也具有相當強大的抗壓能力，上個世界初的美國新建城市主體采用的是口徑中型的管道，這種管道的長度和口徑比較適中，因此延展性能比較好非常結實耐用，目前這些管道還在使用當中。

引調(diào)水工程可采用的管道種類

經(jīng)濟的發(fā)展與材料技術的革新使管道材料也逐漸豐富起來。管道材料從起初單一的鋼管（SP）、鑄鐵管、木管、竹管等，發(fā)展到現(xiàn)在球墨鑄鐵管（DCIP）、鋼筒混凝土管（PCCP）、外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結環(huán)氧防腐鋼管（TPEP）等多種管材都進入市場的局面。目前針對水利引調(diào)水工程采用的管道通常需要防腐性好、口徑大的管道。本文針對球墨鑄鐵管（DCIP）、鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）、外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結環(huán)氧防腐鋼管（TPEP）四種管材進行詳細的分析。

（一）球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管的特點是使用壽命長，具有較好的延伸性能，管道以橡膠圈作為柔性接口，這種特點使的管道更加適應地基，使得管道和地基配合增強。在防腐方面上，因為這種鐵管的主要成分是由金屬鑄造的，所以腐蝕能力比非金屬管差，但是因為純度較高，所以較鋼管的腐蝕能力好。針對配件標準方面，售后容易。

（二）鋼筒混凝土管（PCCP）

鋼筋混凝土管的特點是兼有鋼管和鋼筋砼管的優(yōu)點，也就是說含有兩種管道的共同的優(yōu)點，價格比金屬管低，而且在強度方面也非常優(yōu)秀，可以承受較高的擠壓壓力。鋼筒混凝土管抗腐蝕能力較強，因為此種管材外面包著一層混凝土，所以會隔絕氧氣和鋼鐵，進而抑制鋼鐵的腐蝕現(xiàn)象，因為密度較大，所以屈服強度就會很大。

（三）玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）

玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）是科技材料界新研發(fā)的一種管道材料，這種新型的材料在很多方面的較其他材料都有較好的優(yōu)點，主要表現(xiàn)是耐內(nèi)壓高，密度小，重量輕，管道內(nèi)壁光滑，液體流動阻力小，相應軸力損失小，而且主要材料是非金屬，所以有很好的延展性能，因為其屈服強度變化的范圍較其他建材較大，所以與之相關的彈性比例就會很大，而且因為管道一旦不用，相關的管道材料就不能再回收，這就在浪費中提高了建筑成本，而且因為偽劣產(chǎn)品橫行，造成本就質(zhì)量有問題的材料更加漏洞百出，進而影響管材質(zhì)量和工程建設的整體質(zhì)量。

（四）外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結環(huán)氧防腐鋼管（TPEP）

外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結環(huán)氧防腐鋼管，以鋼管為基材，外壁采用三層結構聚乙烯防腐，內(nèi)壁采用熱熔環(huán)氧樹脂粉末防腐在高溫220℃條件下，形成鋼塑合金層。材料經(jīng)過防腐工藝加工處理，可有效防止或減緩在運輸與使用過程中材料與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應或電化學反應進而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。TPEP管的可負載更多的重物，因為相關的參數(shù)會穩(wěn)定在一個階段內(nèi)，因此該管道材料比較適應惡劣的環(huán)境條件，而且因為腐蝕能力較強，所以在配送階段，要注意防腐的工作，而且焊口處人工依賴性比較高。

選擇管道類型的方式

管道的選擇應根據(jù)地質(zhì)條件和管材性能進行選擇而且應該根據(jù)具體的工程情況進行選擇。

（一）根據(jù)流量計算直徑選擇管材

首先應先根據(jù)設計流量，通過相關的公式計算出工程所需的公稱直徑，采用試算法選取最優(yōu)計算結果。根據(jù)管徑的計算數(shù)值，結合各種管道的國標要求及目前市面上的生產(chǎn)口徑，確定管材。

管道材料的口徑與價格之間通常稱正比的關系，口徑越大，邊際成本就會越高，對于DN1200 類型以上的大口徑管材都會稱為大流量管道，對于DN1200以下的小口徑管材被稱為小流量管道。一般長距離輸水管道都是直徑1m左右的大口徑管道。

（二）根據(jù)地質(zhì)條件選擇

軟弱地質(zhì)條件，例如：主要地形特點為大型礦山、湖澤等地形，相關的地理條件很差，地下埋藏管道高達將近2m，因為整體架構區(qū)域柔性，所以整體穩(wěn)定性能并不是很強，盡量選擇承插接口的柔性管道，一般為球墨鑄鐵管（DCIP）和鋼筒混凝土管（PCCP）。

高腐蝕地質(zhì)條件，因為管道可能會與地質(zhì)內(nèi)的相關元素發(fā)生化學反應，所以盡量不選擇鋼管，否則應根據(jù)有關規(guī)范要求做好防腐分析及處理。這種情況下，長距離輸水管道一般選擇球墨鑄鐵管（DCIP）和玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）。

結語

綜合考慮工程的重要性、沿線地形地質(zhì)、施工、管護、造價等方面的因素，應多方案進行比選，最終確定輸水管材。球墨鑄鐵管（DCIP）具有使用壽命長、抗腐蝕能力強、工期短、易管護等優(yōu)點，在長距離的水利引調(diào)水工程中應用廣泛。

因此，可以看出球墨鑄鐵管（DCIP）與外纏繞聚乙烯內(nèi)熔結環(huán)氧防腐鋼管（TPEP）的各方面性能更加適合目前的長距離水利引調(diào)水工程。隨著材料技術的不斷發(fā)展與引調(diào)水工程要求的不斷提升，復合型管道材料也會受到市場的偏愛。希望在未來管道材料的發(fā)展中呈現(xiàn)更加多元化的發(fā)展。