塔城地區(qū)額敏縣瑪熱勒蘇鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急水源連通工程供水管道管材設(shè)計探討

阿不來提·阿不都熱依木

（新疆水利廳農(nóng)牧區(qū)水利總站，新疆 烏魯木齊 830000)

0 前言

擬建的塔城地區(qū)額敏縣瑪熱勒蘇鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急水源連通工程位于額敏縣瑪熱勒蘇鄉(xiāng)境內(nèi)鄉(xiāng)的阿克蘇水庫灌區(qū)，額敏縣瑪熱勒蘇鄉(xiāng)灌區(qū)分阿克蘇水庫灌區(qū)和馬拉蘇河灌區(qū)，由于阿克蘇水庫調(diào)蓄能力有限，在用水高峰期，每年還需從馬拉蘇河調(diào)水1400萬m3，并抽取地下水820萬m3，使項目區(qū)地下水位下降趨勢及區(qū)域生態(tài)日益惡化。目前向瑪熱勒蘇鄉(xiāng)阿克蘇水庫灌區(qū)調(diào)水的馬拉蘇調(diào)水干渠渠首瑪拉蘇河渠首已損毀，靠臨時取水口引水。遇旱年時，渠道引水量極少，再加上渠道沿線建筑物受河道洪水的影響，經(jīng)常出現(xiàn)斷流，向阿克蘇水庫調(diào)水得不到保證，項目區(qū)抗旱應(yīng)急水源日漸枯涸，且部分完全喪失抗旱應(yīng)急功能?！额~敏縣瑪熱勒蘇鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急水源連通工程初步設(shè)計》中主要完成建設(shè)15.277 km的供水管道及管道沿線建筑物。管道是工程的主體部分，因為它在工程中需要更多的數(shù)量，占投資的很大比例，所以選擇哪一種管道材料尤為重要。目前國內(nèi)自壓供水管道有預(yù)應(yīng)力混凝土管道、鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管道、玻璃鋼管、PVC-U管道、薄壁鋁合金管道、PE管道、預(yù)應(yīng)力鋼管等。薄壁鋁合金管和斜管主要用于地面移動支管，其他類型的管材使用在地埋式輸水管道上。

1 概況

額敏縣瑪熱勒蘇鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急水源連通工程供水水源為額敏縣境內(nèi)的馬拉蘇河的瑪熱勒蘇水庫水?，敓崂仗K水庫距離額敏縣縣城約34 km，距離瑪熱勒蘇鄉(xiāng)政府約15 km。在規(guī)劃中，該水庫被列為遠期控制性骨干工程，工程規(guī)模為中型。

額敏縣瑪熱勒蘇鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急水源連通工程設(shè)計引水流量0.83 m3/s，根據(jù)《水利水電等級劃分及洪水標準》SL225—2000與《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》GB50288—99規(guī)定，本工程為小⑴型，主、次及臨時建筑物等級均為5級，建筑物設(shè)計洪水標準為10年一遇，校核洪水標準為20年一遇。

《額敏縣瑪熱勒蘇鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急水源連通工程初步設(shè)計》中主要完成建設(shè)15.28 km的供水管道及管道沿線建筑物、供水管道設(shè)計管徑1.0 MPa、DN700玻璃夾沙管1.53 km，管道沿線建筑物有減壓閥井3座，檢修閘閥井6座，鎮(zhèn)墩36座，排水井6座，排氣井17座，管道沿線的防洪堤300 m（0＋400～0＋700管段），過洪建筑物3座，管線過道路、過渠道、過管道交叉建筑15座，管理房1座。

2 供水管道管材選擇

經(jīng)過對預(yù)應(yīng)力砼管、球墨鑄鐵管、鋼管、玻璃鋼管、PVC-U管和PCCP管等不同管材比較分析，建議大、中型輸水管（DN＞400 mm）應(yīng)以玻璃鋼管為主，小口徑管道（DN≤400 mm）以PVC-U管為主。

分析如下：

預(yù)應(yīng)力砼管承壓能力一般，一般在0.4 MPa～1.2 MPa，砼管的抗腐蝕性能力差，且重量大，同樣管徑時比玻璃鋼管重十幾倍，運輸、安裝均不便，且破損率較高[1]。

球墨鑄鐵管作為骨干水管使用時，在綜合成本（管道、安裝、土建等）方面，比其他直徑相同的管道，特別是玻璃鋼管要高，而它們的重量是玻璃鋼管的十倍以上。每根管子的長度都比玻璃管子短。優(yōu)點是工作可靠，使用壽命長，約60年～70年。長期使用后，其粗糙度會隨運行時間的增加而增加。增加頭部損失，影響過度流動。

鋼管的承壓較高，通常為1.5 MPa～4.0 MPa。與鑄鐵管相比，管段較長，承受較大的壓力和較強的抗震能力。但容易腐蝕，壽命約30年。鋪設(shè)時應(yīng)在土層中保護好。其綜合成本也高于玻璃鋼管，內(nèi)部腐蝕處理難度較大。與玻璃鋼管相比，仍有粗糙的管壁和水頭。損失巨大，生命短暫。重量大的缺點，此外，大口徑鋼管需采用直縫卷焊法加工，制造困難，須根據(jù)需要定做。

大口徑的PCCP管的壓縮容量為0.4 MPa～2 MPa，使用壽命長（通常為75年），鋼大且無變形?？箟耗芰?，適合深埋和山坡敷設(shè)。防震性能好，耐磨性好，還具有鋼管防滲、抗拉的優(yōu)點。PCCP管的重量很大。同樣的直徑比玻璃鋼管重好幾倍。運輸和設(shè)施都很不方便。同時，還需要專門的專業(yè)設(shè)備和安裝小組。一旦安裝完竣工驗收后，安全性較高，維護量很小，管徑?jīng)]有變形。

在同樣的流量和損耗的情況下，玻璃鋼管的直徑比預(yù)應(yīng)力混凝土鋼管和PCCP鋼管減少一至兩級，比鋼管和球墨鑄鐵管少1/10。玻璃鋼管內(nèi)壁光滑，摩擦系數(shù)?。?.861×105），頭部損耗?。徊Ａт摼哂休^強的耐腐蝕和阻塞性，不耐腐蝕，重量輕，可塑性強，運輸和安裝方便，易于掌握安裝技術(shù)，技術(shù)上可行；耐熱性與抗凍性好，在-40℃～80℃范圍內(nèi)可長期使用50年，維修簡單；管材來源廣，新疆已能生產(chǎn)從0.6 MPa～2.5 MPa多種規(guī)格的玻璃鋼管，選擇范圍較廣[2]。缺點是玻璃鋼管抗外壓能力和耐震性能較差，施工安裝時對管溝和墊層處理需作較嚴格的要求。

由于球墨鐵管的價格高于其他管材，上述各種材料的管材對農(nóng)業(yè)工程沒有價格優(yōu)勢。由于預(yù)應(yīng)力混凝土管道的內(nèi)壓阻力差，不適合工程地區(qū)高壓工作條件。因此，從技術(shù)性能、工程造價和適應(yīng)性等方面，重點研究了多管徑＞400 mm玻璃管和電控管在新疆供水管道中的應(yīng)用。

3 玻璃鋼管和PCCP管的比選

3.1 技術(shù)性能

3.1.1 耐壓

玻璃鋼管在0.4 MPa～2.5 MPa的范圍內(nèi)可以承受內(nèi)壓，承受外壓的能力略差。如果要加強承受內(nèi)外壓力的能力，就必須增加管壁的厚度，加強回填土的處理；所述的PCCP管可承受0.4 MPa～2.0 MPa的內(nèi)部壓力，并具有較強的承受外部壓力的能力。同時，它也能承受一定的負壓。

3.1.2 液壓特性

玻璃鋼管的內(nèi)表面光滑，摩阻系數(shù)小，長期使用無縮放。如果給泵加壓，可以大大降低泵的傳輸力，產(chǎn)生節(jié)能效益。PCCP管的粗糙度比玻璃鋼管大。在要求輸出壓力和流量的前提下，PCCP管的直徑比玻璃鋼管增加1～2級。

3.2 施工安裝和運行維護

玻璃鋼管重量輕，運輸、升降比較方便，也可以根據(jù)用戶的需要增加或減少單管長度。安裝frp管道需要更高的土壤要求。一般來說，不適宜有土塊、石塊等，基本處理成本較高。對回填土和回填質(zhì)量的要求也很高。例如，操作不當(dāng)容易造成管道變形，降低耐壓性能。由于玻璃鋼管的環(huán)向和軸向熱膨脹特性不一樣，鋪設(shè)時對溫度要求相對較高。由于玻璃鋼管承受外荷承和抗震性能較弱，在運行管理中也應(yīng)注意。

3.3 對項目區(qū)自然條件和項目工作條件的適應(yīng)性

3.3.1 項目區(qū)自然條件

項目區(qū)多數(shù)管道段沿線地下水埋深較深，管道無地下水影響。從地質(zhì)剖面圖上看，多數(shù)管道位于細粒土礫區(qū)，表層沉積有0.3 m～1.0 m厚的粉質(zhì)壤土夾有少量砂礫石，以下為砂卵石、砂礫石，厚度大于10 m，其中2～4 cm、1～2 cm左右含量占70%～80%左右，其他為粉細砂，粗砂。2 m深度細粒土礫層地基承載力標準值 fk＝300 kPa～500 kPa[3]。

3.3.2 項目工作條件

本項目為自壓供水，供水管壓力差248.04 m，管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計中需采用降壓措施。

從自然條件方面看，玻璃鋼管由于自重輕、有較強的抗腐蝕性，對細粒土礫區(qū)，其管道基礎(chǔ)需加鋪砂墊層，以保護管道不受損壞，對回填土也有一定質(zhì)量要求，回填土需篩分或外運。PCCP管由于自重較大、能承受較大的外壓、對回填土沒有特殊要求，適應(yīng)性較好[4]。從本項目的工作條件方面看，PCCP管具有較好的適應(yīng)性。

3.4 綜合造價的比較

由于兩種管材的造價均較高，綜合造價以每米的單價、運輸安裝費用進行比較，其中運輸費以昌吉原廠拉運進行計算。見表1。

表1 供水管道相同流量和壓力條件下玻璃鋼管與PCCP管經(jīng)濟比較

由表1分析可以看出，在相同流量情況下，PCCP管綜合造價較高，且管徑越小與玻璃鋼管相差越大，玻璃鋼管綜合單價明顯低，因此玻璃鋼管經(jīng)濟。

4 結(jié)論

玻璃鋼管與PCCP管是現(xiàn)在大口徑有壓供水的兩種常用管道，各類管材從性能、投資、運行、運輸、安全、安裝、維護等多方面各有千秋。在本階段，根據(jù)以上綜合對比，供水管道采用玻璃鋼做為控制投資和經(jīng)濟評價依據(jù)。