大中型輸水工程輸水管材比選分析

伏世紅

(大連市水利建筑設(shè)計院有限公司，遼寧 大連 116021)

1 項目概述

大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程輸水線路總長201.31km，設(shè)計輸水量3.0億m3/年，工程等別為Ⅰ等，主要建筑物級別為1級，該工程是由大伙房輸水二期工程鞍山配水站開始，鋪設(shè)一條165.07km的輸水管線，將水調(diào)入碧流河水庫，經(jīng)碧流河水庫中轉(zhuǎn)后，其中一部分水量利用引碧三期管道富余能力經(jīng)洼子店水庫調(diào)節(jié)后送往大連市區(qū)，另一部分水量經(jīng)新鋪設(shè)的36.24km輸水管線送往東風(fēng)水庫高位水池，為瓦房店市及長興島臨港工業(yè)區(qū)供水，滿足大連市2030年需水要求。

輸水線路全長201.31km，包括輸水管線187.20km、輸水隧洞14.11km，加壓泵站4座、排氣閥井454座、泄水閥井42座、檢修閥井48座等。輸水管線采用管徑DN2800、DN2400預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)壓力管道輸水，隧洞采用城門型無壓洞。本輸水工程穿越遼陽市、鞍山市、營口市、大連市共4個行政區(qū)域，沿線穿越鐵路6次、高速公路3次、國道及省道11次、大中型河流29次。

2 管材比較

目前在國內(nèi)外的輸水工程中，輸水管材主要采用的有鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、玻璃鋼管、鋼筋混凝土管和聚乙烯塑料管等，而對于大管徑、高內(nèi)水壓力輸水管材，主要采用球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP管)，依據(jù)有關(guān)規(guī)程及同類工程經(jīng)驗(yàn)，文章選取常用的管材：鋼管、PCCP管、玻璃鋼管和球墨鑄鐵管，進(jìn)行管材比較。

2.1 工程造價比較

結(jié)合工程實(shí)際，對DN220以上規(guī)格4種管材進(jìn)行工程造價比較，各種管材比較價格采用的內(nèi)壓值均為P=0.8MPa。詳見表1。

表1 四種管材造價表(為工程建設(shè)當(dāng)初價格) 元

續(xù)表1 四種管材造價表(為工程建設(shè)當(dāng)初價格) 元

由表1得知，四種管材中管徑大于DN2200以上球墨鑄鐵管綜合造價最高，其次是鋼管，最便宜的是PCCP管。

2.2 管材綜合性能比較

文章對四種管材特性及優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行全面比較，各類管材綜合比較見表2。

表2 管材綜合比較表

3 管材選定

經(jīng)上文綜合分析比較，玻璃鋼管其突出優(yōu)點(diǎn)是抗腐蝕性較強(qiáng)，但其抗外壓能力較差，需要靠管區(qū)回填土的側(cè)向約束來抵抗外壓，這就要求管區(qū)回填土的品質(zhì)和施工質(zhì)量一定要達(dá)到要求。玻璃鋼管其技術(shù)上是可行的，且抗腐蝕能力強(qiáng)，無需進(jìn)行專門的防腐處理，經(jīng)濟(jì)性也較優(yōu)，但高工壓、大管徑的玻璃鋼管道目前在國內(nèi)尚未大規(guī)模應(yīng)用，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)均不成熟，尚需在工程實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證，且其對地基處理和施工要求較高，從國內(nèi)的一些輸水工程中來看，玻璃鋼管材質(zhì)的輸水管道在運(yùn)行中發(fā)生漏水的情況較多見，考慮到本工程的重要性，為確保工程萬無一失，不選擇玻璃鋼管作為輸水管材[1]。

鋼管作為傳統(tǒng)輸水管材，在中小管徑輸水工程中得到了大量應(yīng)用，性能穩(wěn)定適應(yīng)地質(zhì)條件好，但鋼管的抗腐蝕能力較差對內(nèi)外防腐要求較高，并且大口徑的鋼管直接工程投資與運(yùn)行動力費(fèi)都偏高，雖然施工比較方便，但經(jīng)濟(jì)上明顯不具有優(yōu)勢。

球墨鑄鐵管因本工程管徑為DN2200以上，通過價格分析比較這四種管材，球墨鑄鐵管造價最高，所以在輸水管道中不擬采用。

PCCP管具有鋼管抗?jié)B、抗拉的優(yōu)點(diǎn)，又具有混凝土管耐腐蝕、耐磨損和抗壓的優(yōu)勢，其突出優(yōu)點(diǎn)是抗外壓能力較強(qiáng)，且直接工程投資最小，糙率比鋼管小過流能力大，適應(yīng)地形條件較強(qiáng)，雖然單根管重量較大，運(yùn)輸、安裝難度偏大，但通過在當(dāng)?shù)亟◤S與合理的施工組織設(shè)計可以保證施工的順利實(shí)施[2]。同時經(jīng)過多年的應(yīng)用，目前國內(nèi)對PCCP管的施工經(jīng)驗(yàn)也比較豐富，并在南水北調(diào)工程(管徑DN4000)、引額濟(jì)烏輸水工程(管徑DN2800)、西江引水工程(DN3600)、磨盤山輸水工程(管徑DN2200)等大型重點(diǎn)工程中已得到實(shí)踐應(yīng)用。因此文中例子工程輸水管線采用管徑DN2800、DN2400預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)壓力管道輸水。

4 結(jié) 論

管材的選用應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)選擇最優(yōu)最適合的管材型式，以上四種管材均有其明顯的特點(diǎn)及適用范圍，在輸水工程中被大量應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。但根據(jù)前述各管材特點(diǎn)，并結(jié)合工程重要性、投資及運(yùn)行管理等，經(jīng)綜合考慮文中項目選用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)作為設(shè)計輸水管材(高壓區(qū)及跨河與公路、鐵路交叉處采用鋼管管材)。以上分析方法及結(jié)論可供同類工程設(shè)計研究參考借鑒。