长距离输水工程中对管材设计选择的探讨

摘要：随着国内基础设施量的增多，大型引水、输水工程所占的比重也在逐渐增大，要想保证这些输水工程的质量以及低成本，就需要施工企业能够把握管材的质量与成本，从根本材质入手控制工程的质量和成本。本文即是从技术性和经济性两个方面入手，对如何选择适合长距离、大流量输水工程的管材进行探讨。

关键词：长距离输水工程；管材；选择

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

1引言

水资源是每个城市发展的根本，无论是居民生活用水还是工业用水都离不开水。为了保证城市的正常用水，很多水资源供应缺乏的大城市都会采用大型输水工程设计来解决城市的用水需要。这些输水工程本身长度长、需要材料管径大、覆土深。为了保证输水工程的整体施工质量以及降低施工成本，在管材选择设计这一部分应当给予充分重视。下面笔者就结合自己的经验就管材选择进行分析。

2管材种类及特点比较

目前最常用的管材主要包括这四类大口径管材：钢管(SP)、球墨铸铁管(DIP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)及玻璃钢夹砂管(RPMP)。这四类管材都符合大型长距离输水工程对工作压力、管道口径的要求。下面笔者就围绕这四种主要大口径管材进行其特点的比较和分析。

2.1管材成本投资

若统一按照大开挖、管道覆土均2米深考虑工程施工，结合管材市场材料价格、埋管设计和施工方案的选择对四种管材投资成本的影响分析可见图1。

图1 四种管材单位长度的成本投资

分析图1可知，仅预应力钢筒混凝土管和钢管适合工程管径DN2700以上的管道设计，其中又以选择钢管较为合理，而当工程管径在DN1600到DN2600的范围内时，预应力钢筒混凝土管最便宜，钢管和玻璃钢管次之，而管材造价为球墨铸铁管最贵，因此但从单位长度管材成本投资来看，此范围内的工程管径选择预应力钢筒混凝土管较为合适。

2.2管材的使用寿命

球墨铸铁管、玻璃钢夹砂管、预应力钢筒混凝土管这三种管材的使用寿命均可达到50年以上。而钢管的使用寿命则受工程防腐质量以及运行时维护水平的影响，只有除锈和防腐层的质量得以保证，才能保证钢管的使用寿命。因此若要选用钢管作为工程管材，则必须保证施工中除锈和防腐层的技术达到标准要求。今年来，随着防腐技术的发展，钢管的使用寿命也提高了很多。

2.3口径、管子制造及应用

四类管材的制造和应用各有市场，下面笔者就从管材口径及其制造来对四种管材进行分析比较：（1）钢管：钢管的设计和制作均很方便，且其口径从DN100以下到DN4000以上均可投入生产。由于其制造方便，管径大小灵活，因此钢管成为目前大量输水工程中应用较广泛的管材之一。例如在我国引滦入津工程市内段即采用了DN1800到DN2500之间的钢管，自投入使用至今已20年，使用效果较好.另外在上海市黄浦江上游的引水系统中也同样采用了管径DN1400到DN4000之间的钢管，在其运用期间运用效果好，没有出现较大故障；（2）球墨铸铁管生产中管径一般不超过DN2600，一般生产这种管材的厂家很少，另外由于这种管材价格高，其长距离输水工程的市场更是少人问津。虽然在城市供水管网中，这种管材占据着将近80%的比例，但是这类型管材应用口径选择多在DN300到DN1200这个范围内，从这也可以看出，球墨铸铁管由于自身管径和价格的限制注定其不能成为大口径长距离引水工程中的最佳选材；（3）预应力钢筒混凝土管在国外的发展历史已有50年之久，其在美国和加拿大的生产和使用最为广泛，目前国外对这种管径的生产设计最大口径可达6.4米。这种预应力钢筒混凝土管在国内发展也有10时间，其生产管径在DN600到DN4800的范围内，且其可适合的最高压力可达1.6米，最高埋土深高达10米。目前国内以建成40多条预应力钢筒混凝土管的生产线，生产能力达1000km/a以上。由于其管径大，承压强，其在我国的管道工程运用中也占据着很

大的市场，例如：山西万家寨引黄工程、辽宁大伙房二期引水工程、国家南水北调北京段工程等工程中均有这类管道不通口径大小的管材选用。由此可见这种管材在实际使用中具有很强的市场竞争力；（4）)玻璃钢夹砂管虽然以具备大、中口径的生产能力，但是这种管材在城市给水工程中的运用较少。目前这种管材在DN1600以下的管径运用较成熟，但是超过DN1600的管径制造和应用都很少，因此一般这种管材常用于需要小、中口径的给水工程。

2.4施工难度

钢管及钢管配件既可通过工厂批量生产也可直接采用现场制作，且其接口采用的是就地焊接，不用做管道接触处理，因此钢管使用时适用性强。相较于钢管，球墨铸铁管的要求更高，球墨铸铁管以及管配件必须工厂定做，由于其接口呈外突型，因此不可采用顶管施工。预应力钢筒混凝土管的管配件需采用钢制配件，且在制造时需在其内外喷涂水泥砂浆以达到防腐的效果。玻璃钢夹砂管使用时也需在工厂定做，其在施工使用中需先做玻璃钢夹砂管来保证管道两侧管槽回填料的密度，这样会提高整个工程的施工成本，因此这种管材除必须施工场地外可尽量避免使用。

2.5运输条件

在四种管材中，其中以预应力钢筒混凝土管最重，相应的其施工运输也最麻烦。例如在预应力钢筒混凝土管运输中应先做管道基础并修筑高等级施工运输临时便道，因此其运输成本较其他三种管材高很多。另外三种较预应力钢筒混凝土管都占据着重量轻、安装和运输方便的优势。

2.6工程力学性能比较

四种管材中，钢管工程力学性能最佳，因其环向强度和弹性模量值都较高，因此工程运用中可承受较高的内水压力和管顶水荷。另外使用钢管时无需做管道基础处理，综上分析钢管的适用性较强，适合各种地质条件下的工程运用。球墨铸铁管的承压能力相对较差，其施工埋深相对较浅时应当做加固处理，且其接口为柔性，因此在施工管道转弯处应设支墩防止接口脱落。预应力钢筒混凝土管应用时在砂夹石的管基上应做砂垫层，此外在松软黏土层上应做砂夹石过渡层，这样可减少管道敷设过程中的集中应力。玻璃钢管为柔性接口，其对基础及回填的要求都较高。

3结语

以上即是四种主要钢材的运用特点即优势分析，读者可结合不同工程的地理位置、地质、管材生产条件及经济能力选择不同类型的管材。笔者以为这四种管材中，预应力钢筒混凝土管和玻璃钢夹砂管的应用前景会很广阔。当然随着科技的发展，输水工程中还会出现更多经济适用，安全可靠的管材“新星”。

参考文献：

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