陳勇城
(中國市政工程華北設計研究院)

　　1 可選管材的種類

　　1.1 鋼管
　　鋼管應用歷史較長，范圍較廣，輸水工程一般選用螺旋焊縫與直縫焊接鋼管。螺旋焊接鋼管采用卷板，利用螺旋管焊接生產線一次成型。國內已可生產DN2540mm螺旋焊接鋼管。螺旋焊管受加工工藝影響，管材存在較大殘余應力，這部分殘余應力與管道運行期間工作應力組合后，降低了管道承受內壓的能力。另外，螺旋焊接管的焊縫較直縫焊管的焊縫長，這就意味著薄弱環節多，可靠性差。但由于輸水工程管道內壓一般不算太高，即使螺旋焊接管存在上述問題也不影響其應用。
　　1.2鑄鐵管
　　按材質可分為灰口鑄鐵管和延性鑄鐵管，由于灰口鑄鐵管口徑不大、材質不穩定，因此事故較多，在輸水工程中基本不采用。延性鑄鐵管也稱為球墨鑄鐵管，其強度比鋼管大，延伸率也高出10%。另外，現有些廠家生產的球墨鑄鐵管沒進行退火處理，稱為鑄態球墨鑄鐵管，其材質的性能除延伸率低于球墨鑄鐵管外，其余性能指標均與球墨鑄鐵管相似，價格也低，應用也較多。
　　1.3 預應力混凝土管
　　按生產工藝分成兩種，一種因加工工藝分為三步，通常稱為三階段預應力混凝土管；另一種方法是一次成型，通常稱為一階段管。預應力混凝土管因加工工藝簡單、造價低、較適合我國的經濟狀況而應用普遍。但管材制作過程中存在弊病，如三階段管噴漿質量不穩定，易脫落和起鼓；一階段管在施加預應力時不易控制(特別在插口端部)，且因體積重量大造成運輸安裝都不方便，使其應用受到了限制。
　　預應力混凝土管口徑一般在2000mm以下，工壓在0.4～0.8MPa。口徑大、工壓高的工程應用時要慎重。
　　1.4 預應力鋼筒混凝土管PCCP
　　這是一種鋼筒與混凝土制作的復合管，管心為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm鋼筒，在管芯上纏繞環向預應力，采用機械張拉纏繞高強鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護層。該管的特點是由于鋼套筒的作用，抗滲能力非常好。管子的接口采用鋼制承插口，尺寸較準確，并設橡膠止水圈(單膠圈或雙膠圈)，因而止水效果好，安裝方便。
　　預應力鋼筒混凝土管的管徑一般為DN600～3600 mm，工作壓力為0.4～2.0MPa，其中DN1200mm以下一般為內襯式，DN1400mm以上通常為埋置式。PCCP管材的行業標準已頒發，設計規范與工程建設標準已在編制，其應用前景廣闊。
　　1.5 玻璃纖維增強熱固樹脂夾砂管(玻璃鋼管)
　　玻璃鋼管的特點是強度較高，重量輕，耐腐蝕，不結垢，內壁光滑阻力小，在相同管徑、相同流量條件下比其他材質管道水頭損失小、節省能耗。玻璃鋼管的連接也采用承插式，并設置膠圈，安裝很方便。玻璃鋼管相對而言壁薄，為柔性管道，對基礎與回填要求較高。
　　玻璃鋼管行業生產標準已頒發，施工驗收標準和設計規范在編制中。玻璃鋼管水頭計算的內壁粗糙系數設計時現一般取η=0.009，壽命一般為50年。

　　2 管材的選用條件

　　輸水工程中，管材的選擇根據工程的具體情況，要做技術、經濟、安全、工期等方面分析比較，綜合平衡后確定。現依據已實施的大型輸水工程實例介紹管材的選用情況。
　　2.1 引灤入津工程
　　因輸水距離長(234 km)、輸水規模大(下段規模為50 m³/s)，經方案比較后確定在市內段選用兩種大口徑鋼管：
　　①輸水規模110×10^４m³/d(12.73 m³/s), DN2500mm,δ=20 mm,?L=10.67 km, 工壓0.5 MPa。
　　②輸水規模55×10^４m³/d（6.37 m³/s），DN1800mm，δ=16mm,?L=3.67 km, 工 壓=0.3MPa。引灤入津工程至今運行16年，效果較好。
　　2.2 引碧入連三期工程
　　引碧入連三期工程輸水規模定為67×10^４m³/d，工作壓力為1MPa。管材方案比較時，主要考慮工壓較高，管徑較大，丘陵地區地形起伏較大，選用承插口預應力混凝土管不安全，而當時國內只能生產DN1000mm以下的球墨鑄鐵管，不能滿足引碧工程的要求，因此就限于對鋼管與PCCP管進行調研、分析、比較。當時主要因大口徑PCCP管在國內長距離輸水工程方面缺少應用實例，對輸水安全性不放心，最后確定選用鋼管。選用情況為：
　　①洼子店至三道溝水廠，輸水管總長68.336km，規模為27×10^４m³/d。采用鋼管DN1820mm,δ=16mm，長46.924km，工壓1.0 MPa；鋼管DN1620mm，δ=14mm，長21.42km。
　　②洼子店至長沙溝水廠，輸水管總長60.54km，規模40×10⁴m³/d，工壓1.0MPa。采用鋼管DN2054mm，δ=18mm，長43.678km；鋼管DN1820mm，δ=16mm，長16.862km。
　　2.3 河北省長距離輸水工程
　　河北省邯鄲羊角輸水工程、“引岳濟邯”工程、石家莊黃壁水庫供水工程、保定西大洋水庫供水等大型輸水工程都采用預應力混凝土管。這主要因為河北省地形平緩，輸水工程工壓不高，規模適中，經經濟技術比較，預應力混凝土管占優勢，既節省投資又可保證輸水安全，通水后運行良好。
　　2.4 溫州市曹平至永強輸水工程
　　工程特點是輸水線路長，計26.84km，沿管線的地質差。據地勘報告，管道大部分都將埋在淤泥土層中，淤泥厚9.7～30m，淤泥土呈飽和、流塑、高壓縮性、高靈敏度、承載力低。地下水位較高，一般在地表下0.5～1.3m左右。經過比較，認為玻璃鋼管重量輕、耐腐蝕、內壁光滑水頭損失小、不易淤積和結垢，且FWC接頭安裝很方便，與鋼管相比造價又低。此工程選管情況如下：輸水管長26.84km,輸水規模20×10⁴m³/d，工壓0.5MPa，采用DN1200玻璃鋼管10.272 km，剛度10000N/m²；DN1400mm玻璃鋼管16.568km，剛度10000N/m²。1998年竣工后運行良好。

　　3 各種管材的應用前景

　　在給水工程中，管道占投資的比重很大，且因管材選用不當造成事故或增加不必要資金的實例也較多，因此開展輸水工程管材的研究對節省投資、方便施工、安全運行意義很大，已引起各有關方面的重視。
　　我國地域廣闊，各地區的地質、地形、自然狀況、經濟形勢和應用管材的習慣等都不一樣，這就形成了輸水工程管材應用上的多樣性。某一種管材在某個工程被選用，其經濟、技術的合理性并不等于在另一地方也一樣，這就形成在市場經濟的今天各種管材的競爭場面。
　　根據筆者20余年來參加設計多項長距離輸水工程的經驗，選管應從工程的規模、重要性、對管口徑及工壓的要求、工程地質、地形、外荷載狀況、工程的工期要求、資金的控制等方面進行綜合分析比較后確定。預應力混凝土管、PCCP管、鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管都是普遍采用的管材，但一般而言，球墨鑄鐵管、鋼管、PCCP管比較安全，特別在工壓高、管道口徑大的情況下。目前國內大口徑(DN>1000mm)球墨鑄鐵管生產廠家不多，價格較高；鋼管要特別注意防腐，因為這直接關系著輸水工程的壽命；玻璃鋼管應用也在擴大，但特別注意出廠管材的質量檢驗，注意選擇合適的剛度(一般輸水工程埋地管道剛度不應<5000N/m²)。預應力混凝土管是最經濟的管材，我國應用較廣，但為保證安全輸水，一般口徑不應超過DN2000mm，工作壓力一般選用0.4～0.8MPa。對口徑較大、工壓高、管線折點較大的工程應注意安全性。
　　目前我國在輸水工程管材的生產與應用，管材的行業標準、驗收標準、設計規范的制訂以及引進開發生產新型管材等方面都有很大的進步，形勢是很喜人的，前景是很樂觀的。

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