遵化水平口濕地引退水管道工程管材比選探析

高彥君

（河北省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，石家莊 050021）

1 工程概況

遵化沙河水平口水源地保護(hù)工程通過(guò)建設(shè)人工濕地，保護(hù)引灤入津水源地上游水質(zhì)，改善和提高水環(huán)境承載能力。遵化水平口濕地引退水管道工程是水源地保護(hù)工程的子項(xiàng)目，工程區(qū)沙河干流全長(zhǎng)5km，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，右岸分別有水質(zhì)優(yōu)良的北嶺河、魏進(jìn)河匯入。為隔斷沙河水污染，于工程區(qū)上游布置壅水建筑物，水位抬高后，通過(guò)沿沙河右岸布設(shè)引水管道，穿北嶺河、魏進(jìn)河后，至位于沙河、魏進(jìn)河匯合口以下的人工潛流濕地進(jìn)行凈化處理，引水管線全長(zhǎng)2120m，重力自流引水，單管布置，管徑采用DN1100，如圖1。為保證潛流濕地正常高效運(yùn)行，定期對(duì)各濕地單元進(jìn)行檢查、維護(hù)，于沙河右岸灘地布設(shè)退水管道，退水支管布置于濕地各單元配水渠末端，支管匯集至退水干管，退水至水平口橡膠壩下游，全長(zhǎng)650m，管徑采用DN500。為保障潛流濕地效益最大化，選取技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的引退水管材成為工程關(guān)鍵。

圖1 工程布置概化圖

2 輸水工程管材技術(shù)分析

近幾十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，管道輸水工程在新材料、新技術(shù)應(yīng)用方面有了長(zhǎng)足進(jìn)步，管道產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了多樣化。目前可用于埋地輸水工程的主要有鋼管（SP）、玻璃鋼管（FRPM）、球磨鑄鐵管（DIP）、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PRCP）、聚氯乙烯管（PVC）、聚乙烯管（PE）、鋼絲網(wǎng)骨架PE管（SRTP）等各種管材［1-3］。實(shí)際工程中，不同外部環(huán)境和施工條件提出了對(duì)各種管材的不同需求，每種管材因生產(chǎn)工藝的差別，均有其自身的優(yōu)劣性，管材本身不存在最優(yōu)，在合適的條件下因材施用才是設(shè)計(jì)者考慮的關(guān)鍵［4］。結(jié)合國(guó)內(nèi)管材生產(chǎn)和已建工程的經(jīng)驗(yàn)，本工程選擇常用的鋼管（SP）、球磨鑄鐵管（DIP）、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）及玻璃鋼管（FRPM）等4種管材進(jìn)行技術(shù)比較分析，如表1。

表1 輸水工程管材技術(shù)分析

3 引退水管材比選

3.1 管線布置場(chǎng)地分析

潛流濕地引水管道工程前期謀劃過(guò)程中，地方政府反映永久和臨時(shí)征地均困難，引水管線的布置只能在沙河右岸巡河路的征地范圍內(nèi)完成，即管路結(jié)合方案；引水管線還需穿越沙河右岸北嶺河、魏進(jìn)河兩條支流，若采用頂管或定向鉆穿越，對(duì)于DN1100的管道來(lái)說(shuō)，施工難度大，且成本較高，最終結(jié)合兩條支流的疏浚工程采用大開挖倒虹吸穿越方案；退水管線位于濕地下游的灘地綠化區(qū)域內(nèi)，建設(shè)及運(yùn)行期的限制因素較少；另外，引退水管道工程作為水源地保護(hù)工程的一部分，要求工期短，不能影響總體工程進(jìn)度。

3.2 引水管材管路結(jié)合段選擇

本工程引水管線主體采用管路結(jié)合布置方案，要求管材具備的主要性能是在運(yùn)行期能夠承受路面車輛荷載。DIP管是添加球化劑的18號(hào)以上鑄造鐵水經(jīng)高速離心鑄造而成，具有鐵的本質(zhì)、鋼的性能，強(qiáng)度高、韌性好，可承受較高內(nèi)水壓力、覆土靜荷載及地面活荷載；SP管由鋼板或鋼帶經(jīng)卷曲成型焊接制成，抗拉強(qiáng)度高，可承受極高內(nèi)壓和較高外荷載；PCCP管由嵌埋于高強(qiáng)混凝土內(nèi)的薄壁鋼筒和管芯外環(huán)向纏繞的一層或多層預(yù)應(yīng)力鋼絲復(fù)合而成，由于兼具鋼材和混凝土的特性，輔以經(jīng)計(jì)算纏繞的預(yù)應(yīng)力鋼絲，抗內(nèi)外壓能力均較高；FRPM管是以不同品種樹脂為基體材料，玻璃纖維及其制品作為增強(qiáng)材料，石英砂和碳酸鈣為填充材料，按特定工藝復(fù)合而成的管材，管材可承受較高內(nèi)壓，但抗外壓能力較差；4種管材當(dāng)中，DIP管、SP管、PCCP管均可滿足運(yùn)行期承受外荷載要求，而FRPM管管壁薄、脆性大，不滿足外荷載要求。

從工程進(jìn)度方面考慮，要求管材具備能夠快速安裝的特性。SP管現(xiàn)場(chǎng)施工焊接工作量大，安裝進(jìn)度較慢。PCCP管重量相對(duì)較大，需大型起吊機(jī)械，運(yùn)輸和施工相對(duì)不便。DIP管采用承插連接，安裝簡(jiǎn)單方便，不易受天氣影響，施工速度快；且DIP管滑入式柔性接口型式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性好，再輔以管材良好的可撓性和伸縮性，可適應(yīng)地基在運(yùn)行期承受外荷載而引起的不均勻沉降。

綜上分析，引水管材管路結(jié)合段選用質(zhì)量可靠、安裝簡(jiǎn)便、承受外壓能力強(qiáng)的球磨鑄鐵管。

3.3 引水管材穿越段選擇

本工程引水管線穿越北嶺河、魏進(jìn)河兩條支流時(shí)采用大開挖倒虹吸穿越方案，與北嶺河基本正交、與魏進(jìn)河斜交，管材應(yīng)具備適應(yīng)水平向和豎向轉(zhuǎn)角的特性。DIP管、PCCP管、FRPM管3種管材規(guī)格固定，如定制工程所需轉(zhuǎn)角的管材，投資將大幅增加。SP管生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，制品規(guī)格多樣，易于銜接，尤其是穿越河流、道路等障礙物、管道閘閥連接段、配套各種管材管件及管線彎折處具有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，引水管材穿越段選用可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、加工靈活的鋼管。

3.4 退水管材選擇

退水管線布置范圍為綠化區(qū)域，運(yùn)行期除覆土外無(wú)其他外荷載，要求管材應(yīng)具備快速安裝和經(jīng)濟(jì)的特性。從快速安裝方面考慮，DIP管和FRPM管均采用承插連接，易于安裝，其中FRPM管由樹脂、纖維、砂等非金屬材料復(fù)合而成，同口徑管材中重量最輕，單根管道長(zhǎng)度最長(zhǎng)，施工更加快捷，能大幅縮短施工周期。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，對(duì)于DN500的退水管材來(lái)說(shuō)，SP管綜合費(fèi)用為65.07萬(wàn)元/km，DIP管綜合費(fèi)用為60.61萬(wàn)元/km，F(xiàn)RPM管綜合費(fèi)用為44.25萬(wàn)元/km，費(fèi)用最低。因此，退水管線選用安裝簡(jiǎn)便、綜合造價(jià)低的玻璃鋼管。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）輸水管材的選擇。設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)熟悉掌握各種管材特性，再結(jié)合建設(shè)項(xiàng)目需解決的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)多角度綜合比選；比選的重中之重是安全性，要充分考慮建設(shè)項(xiàng)目的荷載情況及荷載作用下地基的變形情況，其次是技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。

（2）球磨鑄鐵管在有外荷載和地基不均勻沉降的條件下可作為首選管材；鋼管在穿越河流，適應(yīng)水平和豎向轉(zhuǎn)角方面優(yōu)勢(shì)明顯；玻璃鋼管在承壓不大和建設(shè)期短的條件下可優(yōu)先選用；實(shí)際工程中可針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)行條件將不同管材組合使用。