太谷縣集中供水工程中輸水管道的選擇

劉海艷

（太谷縣水利局 山西太谷30800）

城市供水工程直接關(guān)系著城市的穩(wěn)定和發(fā)展，供水管網(wǎng)是城市供水工程的生命線，通過(guò)管網(wǎng)要不間斷地將合格、充足的自來(lái)水安全、高效輸送到每個(gè)用戶。

1 工程概況

太谷縣集中供水工程水源取自距縣城20 km 的龐莊水庫(kù)，經(jīng)過(guò)管道輸送至距縣城1 km 的楊家莊水廠，再經(jīng)過(guò)常規(guī)處理后送入城市配水管網(wǎng)。在2006年供水工程建設(shè)時(shí)，從水庫(kù)到縣城的部分輸水管道借用了1997年由水利部門埋設(shè)的水泥管和波紋管道，使用年限已超過(guò)20年。目前輸水管不僅管道老化、供水流量不能滿足要求，而且管道受到內(nèi)外壓力、地面沉降等原因，漏水、爆管、斷水等事件數(shù)次發(fā)生，縣城供水多次中斷，導(dǎo)致全城停水，對(duì)供水居民和單位用戶的正常生活生產(chǎn)造成嚴(yán)重的困擾，無(wú)法滿足縣城正常用水的需求，解決城市供水問(wèn)題迫在眉睫。

2015年經(jīng)縣批準(zhǔn)實(shí)施太谷縣集中供水工程，縣城規(guī)劃人口15.67 萬(wàn)人，重新鋪設(shè)的從龐莊水庫(kù)至城區(qū)管網(wǎng)，供水保證率90%，供水管線日供水能力31 000 m3/d，年供水量920 萬(wàn)m3，考慮日、時(shí)變化系數(shù)，供水流量為0.39 m3/s。供水管線的取水口位于龐莊水庫(kù)發(fā)電洞出口，從發(fā)電洞出口處接出后，沿烏馬河河道右側(cè)的灘地向下游鋪設(shè)，在下游3.4 km 處跨省道，向西鋪設(shè)管線，在回馬村處新建水廠，出水廠后管線途經(jīng)東郭里、南郭里、南杏林、西杏林、石象村，然后進(jìn)入城分水口，在縣城分水口向西鋪設(shè)管線，經(jīng)過(guò)山西農(nóng)大校區(qū)，到達(dá)銘賢路后分成兩支，一支向西與原DN300 供水管線相接，另一支穿過(guò)G108 國(guó)道與原DN400 供水管線相接。管道全長(zhǎng)20 km。

2 管材選擇

管道工程費(fèi)用占工程總造價(jià)的40%～50%，前期決策工作是工程良好建設(shè)管理的基礎(chǔ)，對(duì)工程效益發(fā)揮起著舉足輕重的作用。根據(jù)工程設(shè)計(jì)輸水管道管徑規(guī)格DN600、DN700，管道設(shè)計(jì)壓力1.2 MPa，在工程選擇輸水管材時(shí)，考慮當(dāng)前國(guó)內(nèi)市政供水管材生產(chǎn)使用情況，對(duì)目前供水工程使用較多的TPEP 鋼塑復(fù)合管、球墨鑄鐵管、PCCP 管、玻璃鋼管四類管材，分別進(jìn)行管材性能綜合比較，最后確定工程使用管材類型。

1）TPEP 鋼管綜合性能

TPEP 鋼管是新型加強(qiáng)級(jí)防腐鋼管，外壁采用熱熔結(jié)纏繞底層環(huán)氧樹脂、中間層膠黏劑、外層聚乙烯形成三層結(jié)構(gòu)的外3PE 防腐涂層防腐層，內(nèi)壁采用熱噴涂環(huán)氧粉末防腐方式，將粉末經(jīng)高溫加熱焰結(jié)后均勻地涂敷在管體表面上，形成鋼塑復(fù)合層[1]。TPEP 鋼管其力學(xué)特性是:（1）基體為螺旋鋼管，并且是進(jìn)行內(nèi)外雙重防腐預(yù)處理鋼管，集鋼管的承壓能力和塑料的耐腐蝕能力于一體，外壁涂層耐磨耐磕碰耐酸堿，內(nèi)壁光滑，摩阻系數(shù)0.0086，糙率低，水頭損失小，在相同流量下所需TPEP 鋼管比球墨鑄鐵管、PCCP 管口徑要小。（2）機(jī)械性能高，撓度大，適應(yīng)性強(qiáng)，能夠在不同的地形條件下進(jìn)行施工，適應(yīng)復(fù)雜地形能力最強(qiáng)，可架空、埋地、穿路過(guò)橋。（3）承內(nèi)外壓能力高，抗水錘能力強(qiáng)，不易爆管，安全程度高。（4）衛(wèi)生特性:食品級(jí)，可直飲，管道內(nèi)壁采用納米級(jí)環(huán)氧樹脂粉末，涂層具有自清潔功能，內(nèi)壁不結(jié)垢[1]。（5）單管長(zhǎng)度12 m，可切割，接頭少，管件比球墨鑄鐵管、PCCP 管少2/3，接口焊接，不易滲漏，牢固度高，抗震、抗塌陷能力強(qiáng)，管網(wǎng)整體性好，管體重量中，吊裝輕便，安裝方便，施工技術(shù)較成熟。管體撓度大，道路、山坡、河道等施工環(huán)境，或地下水位埋深較淺，管底高程低于地下水位時(shí)，可采用溝上焊接，管溝開挖斷面小，方便施工，管道對(duì)墊層、回填土無(wú)特殊要求。（6）使用壽命:長(zhǎng)達(dá)50年以上；使用壽命長(zhǎng)，綜合造價(jià)低，運(yùn)營(yíng)成本低，一次投入，免維護(hù)。（7）綜合性能優(yōu)，環(huán)保，節(jié)能，性價(jià)比高。

2）DIP 球墨鑄鐵管綜合性能

DIP 球墨鑄鐵管是鑄鐵管的一種，是使用18 號(hào)以上的鑄造鐵水經(jīng)添加球化劑后，經(jīng)過(guò)離心球墨鑄鐵機(jī)高速離心鑄造成的管材[2]，是一種鐵、碳和硅的合金。球墨鑄鐵管道力學(xué)特性是:（1）球墨鑄鐵綜合性能接近于鋼，不僅保持了普通鑄鐵管的抗腐蝕性，還而且具有強(qiáng)度高、韌性好、壁薄、耐沖擊、彎曲性能[3]較大等優(yōu)點(diǎn)，摩阻系數(shù)0.013～0.014，糙率高，對(duì)于同樣輸水量、同等管徑的管材，其沿程阻力就高，能耗值大，同時(shí)運(yùn)行費(fèi)用因耗電量大，也大幅度增加。（2）機(jī)械性能高，管道最大偏轉(zhuǎn)1.5°，管體重量較大，吊裝費(fèi)力，在管道的彎頭、三通管件和在斜坡上的管道承口后面使用混凝土墩，以阻止管內(nèi)壓力產(chǎn)生的推力。對(duì)墊層、回填土要求高。（3）外承壓最高，內(nèi)承壓較低，抗水錘能力一般，不易爆管，安全程度高。（4）輸水使用的球墨鑄鐵管采用鋅加瀝青作為外防腐形式，水泥內(nèi)襯作為內(nèi)防腐形式，在長(zhǎng)期水流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，水泥砂漿襯易裂紋，產(chǎn)生水垢，對(duì)水質(zhì)有一定影響。（5）單管長(zhǎng)度3～6 m，重量較大，可切割，接口多；橡膠圈較多，受外力易產(chǎn)生錯(cuò)位、損壞或產(chǎn)生滲漏，球墨鑄鐵管由于自身重量較輕，采用柔性橡膠圈的接口進(jìn)行管道接頭，沿水平軸線安裝有3°～5°的偏移角度空間，具有一定的抗震性，對(duì)基礎(chǔ)的要求和抗不均勻沉降能力優(yōu)于PCCP 管道。（6）運(yùn)營(yíng)成本:高，結(jié)垢縮徑，增加能耗。（7）綜合性能:良。

3）PCCP 管綜合性能

PCCP 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是由薄鋼板、高強(qiáng)鋼絲和混凝土構(gòu)成的復(fù)合管材，在帶有鋼筒的高強(qiáng)混凝土管芯上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，再在其上噴制致密的水泥砂漿保護(hù)層而制成的輸水管[4]。PCCP 管其力學(xué)特性是:（1）具有鋼材和混凝土各自的特性，它充分而又綜合地發(fā)揮了鋼材的抗拉、易密封和混凝土的抗壓、耐腐蝕性能，具有高密封性、高強(qiáng)度和高抗?jié)B的特性。PCCP 管材耐腐蝕性能相對(duì)較差，在PCCP 管的鋼套筒和鋼制接頭處的pH 值不同，接口處易腐蝕，成為潛在的爆管節(jié)點(diǎn)，管道摩阻系數(shù)0.013，糙率高，水頭損失大，在相同流量下所需管徑要大。（2）管道最大偏轉(zhuǎn)1.5°，外承壓能力最高，內(nèi)承壓較低，抗水錘能力較強(qiáng)，安全程度一般。（3）衛(wèi)生特性:水泥內(nèi)襯作為內(nèi)防腐形式，易結(jié)垢，對(duì)水質(zhì)有一定影響。（4）單管長(zhǎng)度4～6 m，重量最大，不能切割，接口多，半柔性連接接頭，水平偏轉(zhuǎn)角度小于球磨鑄鐵管，承插口采用雙膠圈材質(zhì)密封，接口抵抗位移能力、抗震、抵抗地面沉降能力差，在外力作用下可能產(chǎn)生滲漏、錯(cuò)位、損壞，接口和在斜坡上的管道承口后面需加鎮(zhèn)墩固定，對(duì)墊層、回填土要求高；適應(yīng)地形能力差。（5）使用壽命:一般20～25年。運(yùn)營(yíng)成本:高，結(jié)垢縮徑，增加能耗。（6）綜合性能:良。

4）RPMP 玻璃鋼管綜合性能

RPMP 玻璃鋼管是以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以不飽和聚酯樹脂等為基體材料，以石英砂及碳酸鈣等無(wú)機(jī)非金屬顆粒材料[5]為填料而制成的復(fù)合管材。其力學(xué)特性是:（1）采用纖維纏繞的夾砂玻璃鋼管道，耐久性好，具有優(yōu)良的耐腐蝕性和較好的力學(xué)性能，內(nèi)壁非常光滑，摩阻系數(shù)0.01，糙率低，水頭損失較小，在相同流量下能耗值小。（2）材質(zhì)輕，降低了吊裝費(fèi)用，管道撓度最大偏轉(zhuǎn)3°，適應(yīng)地形能力較差，運(yùn)輸較方便。（3）有一定的脆性，怕碰，怕摔，管道層間剪切強(qiáng)度低，內(nèi)外承壓較低，抗水錘能力低，易爆管，安全程度差。（4）管內(nèi)壁不易結(jié)垢，但其內(nèi)襯層破裂后，玻璃纖維進(jìn)入水中，污染水質(zhì)，衛(wèi)生性差。（5）每根長(zhǎng)度12 m，管體輕，接頭少，比DIP、PCCP 管減少2/3 接頭，采用雙環(huán)橡膠膠圈密封承插連接，施工方便，當(dāng)受到外力作用時(shí)，穩(wěn)定性差，會(huì)產(chǎn)生如錯(cuò)位、滲漏、損壞等問(wèn)題，接口需要鎮(zhèn)墩固定。又因該管道產(chǎn)品敷設(shè)受土體影響，管溝底夯實(shí)后需做10～15 cm 厚中粗砂或碎石屑砂墊層，施工專業(yè)技術(shù)性強(qiáng)，費(fèi)用高。（6）絕緣、防酸、堿、鹽等腐蝕，抗靜電，不生銹，不易老化，使用壽命中達(dá)50年以上。（7）運(yùn)營(yíng)成本:高；綜合性能:一般。

3 結(jié)論

本工程地形地質(zhì)條件復(fù)雜，管道線路長(zhǎng)，坡度不一，高低起伏大，需穿過(guò)道路、山坡、河灘等，供水管道口徑較大，管線順地形埋設(shè)，埋設(shè)較深，對(duì)管道承受內(nèi)壓能力和抗外荷載水平的要求較高。玻璃鋼管內(nèi)外承壓力低于TPEP 管、球墨鑄鐵管、PCCP 管，且玻璃鋼管對(duì)基礎(chǔ)及回填的要求較高，施工質(zhì)量不易控制，TPEP 管、球墨鑄鐵管、PCCP 管性能較玻璃鋼管具有優(yōu)勢(shì)。球墨鑄鐵管和PCCP 管造價(jià)相差不多，但性能較TPEP 管差，質(zhì)量不能保證，TPEP 管雖然價(jià)格較球墨鑄鐵管、PCCP 管相對(duì)要高，但糙率小，耐久性強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，在耐腐蝕和機(jī)械性能上不僅遠(yuǎn)大于球墨鑄鐵管、PCCP 管，而且管道使用壽命長(zhǎng)，使工程中的投資成本和運(yùn)營(yíng)成本大大降低，綜合效益最高，在長(zhǎng)距離送水中尤為明顯，經(jīng)綜合考慮選擇TPEP 管做為輸水管道。