長距離輸水管道工程管材綜合比選

何偉 耿祥 張明勝 毛云敏

摘要：通過常用的大口徑輸水管道材料鋼管、球墨鑄鐵管及預應力鋼筒混凝土管三種管材的綜合比較，從管材的技術可行性、安全可靠性及經濟合理性上綜合考慮，對于DN1800以上主干管，推薦選用施工技術成熟、運行實踐穩(wěn)定、更加經濟的Q235B鋼管。對于DN1800以下的管道，考慮到如果采用鋼管，管節(jié)焊縫處的內防腐施工質量不容易保證，會對管道的安全長久運行帶來隱患，故考慮采用球墨鑄鐵管道。

Abstract： Through a comprehensive comparison of three types of pipes： steel pipe， ductile cast iron pipe， and prestressed steel tube concrete pipe， which are commonly used as large-diameter water pipeline materials， comprehensive consideration is made from the technical feasibility， safety reliability and economic rationality of the pipes. For main pipes above DN1800， it is recommended to use Q235B steel pipe with mature construction technology， stable operation practice and more economical. For pipelines below DN1800， considering the use of steel pipes， the internal anticorrosion construction quality at the joints of the pipe joints is not easy to guarantee， which will bring hidden dangers to the safe and long-term operation of the pipeline， so the use of ductile iron pipes is considered.

關鍵詞：鋼管;球墨鑄鐵管;PCCP管;綜合比選

Key words： steel pipe;ductile iron pipe;PCCP pipe;comprehensive comparison and selection

中圖分類號：TV672? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）03-0171-04

0? 引言

鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管（以下簡稱PCCP管）在長距離的原水輸水管道工程中使用頻率最高。在輸水管道管材選擇過程中，首先應熟悉了解各種管材的生產加工工藝、優(yōu)缺點和施工適用條件，再結合工程輸水規(guī)模、距離、壓力等級、工程進度要求和重要性，以及工程所在地地形地質、場外交通條件、征地難易情況，還須根據使用壽命要求、工程造價、運行維護難易及費用、管材生產能力及市場供應情況等方面進行安全、技術、經濟等多方面綜合論證后確定。

1? 管材簡介

1.1 鋼管

鋼管由鋼板加工而來，可以承受較大的內外壓力，管材的可焊性好，方便制造各種配件，能適應各種復雜的地質地形條件。鋼管一般采用焊接或法蘭連接，接口及轉角型式比較靈活，施工工藝成熟且方便，管道滲漏量少。鋼管有一項其他管材不具備的優(yōu)勢就是能夠靠自身抗拉強度來抵消軸向力，抗水錘能力好。其缺點是造價相對較高，維護費用較高，抗腐蝕能力較差，除內外壁均需進行常規(guī)防腐處理外，在不良水文地質段敷設時還需要考慮采用特殊防腐措施，如陰極保護防腐。另外鋼管施工工序較繁瑣，對管節(jié)之間的焊接要求高，還需要對焊縫進行無損檢測，比較耗時，安裝費用相對其他兩種管材較高。

1.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管是由添加球化劑的鑄造鐵水高速離心鑄造而成。它有鐵的本質，鋼的性能，其特點是耐腐蝕性強、強度高、韌性好，具有良好的可撓性和伸縮性，能吸收因地基沉降而產生的壓力，避免管道破裂，使用壽命長。球墨鑄鐵管防腐直接在生產工廠內完成，質量有保證，安裝時不必額外進行防腐處理，防腐蝕能力在三種管材中最優(yōu)。一般為承插連接，施工工藝簡單，施工速度快。其缺點是大口徑球墨鑄鐵管價格昂貴，對大型輸水工程而言難以接受。

1.3 PCCP管

PCCP管是由鋼板、鋼絲和混凝土構成的復合管材。埋在混凝土中的薄壁鋼管和管芯外壁纏繞的預應力鋼絲，使PCCP管可以承受較高的內水壓力和外部荷載。預應力鋼絲和承插口鋼環(huán)受到混凝土或水泥沙漿的高堿性環(huán)境保護，不受外部介質的侵蝕，使用壽命長，一般情況下不用額外進行防腐處理。與球墨鑄鐵管一樣，采用承插式連接方式，施工工藝簡單，施工速度快。由于其優(yōu)良的抗?jié)B性、高強度、高可靠性、經濟性，在超大口徑（DN3000以上）的壓力管道中PCCP具有明顯的優(yōu)越性。但同樣管徑的PCCP管重量是其他兩種管材的數(shù)倍，對運輸、施工及地質條件要求較高，需要大型起重機械吊裝，施工時受外界條件影響較大。

2 管材比較

2.1 管道重量

施工運輸成本、施工吊裝機械跟管道尺寸和重量有很大的關系。同時重量較大的管道，對進場道路的要求相對較高，有的甚至需要加固橋梁，費時費力。如表1所示，相同規(guī)格的管道，三種管材的單位重量由大到小依次是PCCP管、球墨鑄鐵管、鋼管。

2.2 耐壓能力

引水管道管壁一般承受管內水壓力、管外土層靜荷載及地面活荷載，良好的耐壓能力是保證輸水安全性的重要前提保證。三種管材強度都很高，承受內外壓的能力均很優(yōu)秀。其中，鋼管綜合力學性能最優(yōu)，且各向同性。

2.3 管壁糙率

初始糙率與管道的制造工藝水平、施工質量有關，長期運行的糙率與水質、水溫、結垢、含泥量有關。運行過程中，管壁糙率會逐步變大，水流阻力增大，水頭損失變大，長距離輸水管道工程需要加壓泵站加壓，能耗增加。初始糙率由大到小依次為鋼管、球墨鑄鐵管、PCCP管。長期運行后管道糙率會有所增加，因此在相同條件下，長期運行后管道糙率由大到小依次為鋼管、球墨鑄鐵管、PCCP管。

2.4 耐蝕性能

鋼管需要內外防腐涂層，并結合陰極保護防腐;球墨鑄鐵管出廠成品已進行了內外防腐的噴涂工作，不必再進行另外的防腐作業(yè);在絕大多數(shù)情況下，PCCP管道水泥砂漿保護層與混凝土管芯，都能夠為管道提供足夠的防腐保護，無須作任何附加措施，為避免PCCP預應力鋼絲的氫脆破壞，大多數(shù)情況下還需采用陰極保護防腐。三種管材防腐費用由大到小依次是鋼管、PCCP管、球墨鑄鐵管。

2.5 施工難度

管道安裝施工難度受管材重量、現(xiàn)場防腐處理、現(xiàn)場吊裝條件、安裝工藝以及地基處理等因素影響，施工難度分析如表2所示。

2.6 運行維修

由于鋼管具有可焊性，可直接在管身破壞處進行焊接修復，修復較容易;球墨鑄鐵管需要更換管節(jié)，并用特制接頭連接，更換較為繁瑣;PCCP管需要替換新管節(jié)，一般用鋼管節(jié)替換。按照后期運行維修的費用由高到低排列依次為：鋼管、PCCP管、球墨鑄鐵管。

2.7 管材綜合單價

開挖方案設計：

由于輸水管線沿著公路方向兩側綠化帶埋設，地下管線復雜，施工空間非常有限，綜合考慮場地地質條件和施工對道路交通的影響，臨時支護考慮采用鋼板支護，明挖法施工，圖1為2DN2200鋼管開挖支護斷面。不同管徑鋼管、球墨鑄鐵管開挖支護斷面可參考圖1，由于PCCP管自重相對較大，相對鋼管和球磨鑄鐵管需在坑底增加20cm厚碎石墊層。

三種管材埋管斷面設計參數(shù)如表3、4、5所示，表中未注明單位均以米計。

根據最新的詢價結果、埋管斷面設計和施工方案，鋼管、球墨鑄鐵管以及PCCP管（雙管）每公里管材價格如表6所示，管材價格隨管徑的變化趨勢圖如圖2所示，每公里雙管埋管的工程綜合單價匯總表如表7所示，每公里埋管的工程綜合單價隨管徑的變化趨勢圖如圖3所示。

由表6、7及圖2、3可見，各種管徑下，PCCP管的工程綜合單價最低;DN1800及以下管徑鋼管綜合價>球墨鑄鐵管綜合單價;DN1800以上管徑鋼管綜合價<球墨鑄鐵管綜合單價。

3? 綜合比選結論

在輸水管線確定后，采用何種管材是實現(xiàn)長距離輸水的重要一環(huán)。大口徑輸水管線作為城市的生命線，首要考慮的是管材的安全可靠性，一旦發(fā)生爆管事故，不僅給廣大人民群眾的生活帶來重大影響，而且管線周圍的建筑也會遭到破壞。所以在技術上可行的前提下，管材的安全可靠性應作為第一考慮因素，其次是管材的經濟合理性。

對于開槽鋪設的地下埋管，通過對以上三種管材的綜合比較，從管材的技術可行性、安全可靠性及經濟合理性上綜合考慮，對于DN1800以上主干管，推薦選用施工技術成熟、運行實踐穩(wěn)定、更加經濟的Q235B鋼管。對于DN1800以下的管道，考慮到如果采用鋼管，管節(jié)焊縫處的內防腐施工質量不容易保證，會對管道的安全長久運行帶來隱患，故考慮采用球墨鑄鐵管道，其管節(jié)采用承插型式，管節(jié)處不需再做內防腐，且施工速度較快、不需要做電化學防腐。

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