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长距离输水管道工程管材综合比选

范文

何伟耿祥张明胜毛云敏

摘要：通过常用的大口径输水管道材料钢管、球墨铸铁管及预应力钢筒混凝土管三种管材的综合比较，从管材的技术可行性、安全可靠性及经济合理性上综合考虑，对于DN1800以上主干管，推荐选用施工技术成熟、运行实践稳定、更加经济的Q235B钢管。对于DN1800以下的管道，考虑到如果采用钢管，管节焊缝处的内防腐施工质量不容易保证，会对管道的安全长久运行带来隐患，故考虑采用球墨铸铁管道。

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.

关键词：钢管;球墨铸铁管;PCCP管;综合比选

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

中图分类号：TV672? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）03-0171-04

0? 引言

钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管（以下简称PCCP管）在长距离的原水输水管道工程中使用频率最高。在输水管道管材选择过程中，首先应熟悉了解各种管材的生产加工工艺、优缺点和施工适用条件，再结合工程输水规模、距离、压力等级、工程进度要求和重要性，以及工程所在地地形地质、场外交通条件、征地难易情况，还须根据使用寿命要求、工程造价、运行维护难易及费用、管材生产能力及市场供应情况等方面进行安全、技术、经济等多方面综合论证后确定。

1? 管材简介

1.1 钢管

钢管由钢板加工而来，可以承受较大的内外压力，管材的可焊性好，方便制造各种配件，能适应各种复杂的地质地形条件。钢管一般采用焊接或法兰连接，接口及转角型式比较灵活，施工工艺成熟且方便，管道渗漏量少。钢管有一项其他管材不具备的优势就是能够靠自身抗拉强度来抵消轴向力，抗水锤能力好。其缺点是造价相对较高，维护费用较高，抗腐蚀能力较差，除内外壁均需进行常规防腐处理外，在不良水文地质段敷设时还需要考虑采用特殊防腐措施，如阴极保护防腐。另外钢管施工工序较繁琐，对管节之间的焊接要求高，还需要对焊缝进行无损检测，比较耗时，安装费用相对其他两种管材较高。

1.2 球墨铸铁管

球墨铸铁管是由添加球化剂的铸造铁水高速离心铸造而成。它有铁的本质，钢的性能，其特点是耐腐蚀性强、强度高、韧性好，具有良好的可挠性和伸缩性，能吸收因地基沉降而产生的压力，避免管道破裂，使用寿命长。球墨铸铁管防腐直接在生产工厂内完成，质量有保证，安装时不必额外进行防腐处理，防腐蚀能力在三种管材中最优。一般为承插连接，施工工艺简单，施工速度快。其缺点是大口径球墨铸铁管价格昂贵，对大型输水工程而言难以接受。

1.3 PCCP管

PCCP管是由钢板、钢丝和混凝土构成的复合管材。埋在混凝土中的薄壁钢管和管芯外壁缠绕的预应力钢丝，使PCCP管可以承受较高的内水压力和外部荷载。预应力钢丝和承插口钢环受到混凝土或水泥沙浆的高碱性环境保护，不受外部介质的侵蚀，使用寿命长，一般情況下不用额外进行防腐处理。与球墨铸铁管一样，采用承插式连接方式，施工工艺简单，施工速度快。由于其优良的抗渗性、高强度、高可靠性、经济性，在超大口径（DN3000以上）的压力管道中PCCP具有明显的优越性。但同样管径的PCCP管重量是其他两种管材的数倍，对运输、施工及地质条件要求较高，需要大型起重机械吊装，施工时受外界条件影响较大。

2 管材比较

2.1 管道重量

施工运输成本、施工吊装机械跟管道尺寸和重量有很大的关系。同时重量较大的管道，对进场道路的要求相对较高，有的甚至需要加固桥梁，费时费力。如表1所示，相同规格的管道，三种管材的单位重量由大到小依次是PCCP管、球墨铸铁管、钢管。

2.2 耐压能力

引水管道管壁一般承受管内水压力、管外土层静荷载及地面活荷载，良好的耐压能力是保证输水安全性的重要前提保证。三种管材强度都很高，承受内外压的能力均很优秀。其中，钢管综合力学性能最优，且各向同性。

2.3 管壁糙率

初始糙率与管道的制造工艺水平、施工质量有关，长期运行的糙率与水质、水温、结垢、含泥量有关。运行过程中，管壁糙率会逐步变大，水流阻力增大，水头损失变大，长距离输水管道工程需要加压泵站加压，能耗增加。初始糙率由大到小依次为钢管、球墨铸铁管、PCCP管。长期运行后管道糙率会有所增加，因此在相同条件下，长期运行后管道糙率由大到小依次为钢管、球墨铸铁管、PCCP管。

2.4 耐蚀性能

钢管需要内外防腐涂层，并结合阴极保护防腐;球墨铸铁管出厂成品已进行了内外防腐的喷涂工作，不必再进行另外的防腐作业;在绝大多数情况下，PCCP管道水泥砂浆保护层与混凝土管芯，都能够为管道提供足够的防腐保护，无须作任何附加措施，为避免PCCP預应力钢丝的氢脆破坏，大多数情况下还需采用阴极保护防腐。三种管材防腐费用由大到小依次是钢管、PCCP管、球墨铸铁管。

2.5 施工难度

管道安装施工难度受管材重量、现场防腐处理、现场吊装条件、安装工艺以及地基处理等因素影响，施工难度分析如表2所示。

2.6 运行维修

由于钢管具有可焊性，可直接在管身破坏处进行焊接修复，修复较容易;球墨铸铁管需要更换管节，并用特制接头连接，更换较为繁琐;PCCP管需要替换新管节，一般用钢管节替换。按照后期运行维修的费用由高到低排列依次为：钢管、PCCP管、球墨铸铁管。

2.7 管材综合单价

开挖方案设计：

由于输水管线沿着公路方向两侧绿化带埋设，地下管线复杂，施工空间非常有限，综合考虑场地地质条件和施工对道路交通的影响，临时支护考虑采用钢板支护，明挖法施工，图1为2DN2200钢管开挖支护断面。不同管径钢管、球墨铸铁管开挖支护断面可参考图1，由于PCCP管自重相对较大，相对钢管和球磨铸铁管需在坑底增加20cm厚碎石垫层。

三种管材埋管断面设计参数如表3、4、5所示，表中未注明单位均以米计。

根据最新的询价结果、埋管断面设计和施工方案，钢管、球墨铸铁管以及PCCP管（双管）每公里管材价格如表6所示，管材价格随管径的变化趋势图如图2所示，每公里双管埋管的工程综合单价汇总表如表7所示，每公里埋管的工程综合单价随管径的变化趋势图如图3所示。

由表6、7及图2、3可见，各种管径下，PCCP管的工程综合单价最低;DN1800及以下管径钢管综合价>球墨铸铁管综合单价;DN1800以上管径钢管综合价<球墨铸铁管综合单价。

3? 综合比选结论

在输水管线确定后，采用何种管材是实现长距离输水的重要一环。大口径输水管线作为城市的生命线，首要考虑的是管材的安全可靠性，一旦发生爆管事故，不仅给广大人民群众的生活带来重大影响，而且管线周围的建筑也会遭到破坏。所以在技术上可行的前提下，管材的安全可靠性应作为第一考虑因素，其次是管材的经济合理性。

对于开槽铺设的地下埋管，通过对以上三种管材的综合比较，从管材的技术可行性、安全可靠性及经济合理性上综合考虑，对于DN1800以上主干管，推荐选用施工技术成熟、运行实践稳定、更加经济的Q235B钢管。对于DN1800以下的管道，考虑到如果采用钢管，管节焊缝处的内防腐施工质量不容易保证，会对管道的安全长久运行带来隐患，故考虑采用球墨铸铁管道，其管节采用承插型式，管节处不需再做内防腐，且施工速度较快、不需要做电化学防腐。

参考文献：

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