长距离输水管道工程管材比选分析

摘要：在长距离的原水输水管道工程中钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管应用频率最广泛。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。

关键词：长距离；输水管道；管材；比选

在长距离输水管道工程中，管材选择是一项非常重要的工作。要考虑长距离输水管道工程规模、地质条件、外荷载、工期目标及资金成本等一系列因素，选择最优的管材，以节约工程投资成本，降低施工难度。

1长距离输水管道工程中常用管材分析

1.1球墨铸铁管（DIP）

球墨铸铁管是通过高速离心铸造添加了结球剂的熔融铁而制造的。它具有钢铁的本质和特性，具有很强的耐腐蚀性、高强度、良好的韧性、良好的灵活性和扩展性，能够吸收地基的沉降所造成的压力，避免管道破裂并具有较长的使用寿命。铸铁防腐蚀管道在生产现场直接完成，质量得到保证。安装过程中，无需进行其他防腐处理，且防腐蚀能力是三种管道中最好的。一般而言，插口连接的设计技术简单，施工速度快。其缺点是大直径铸铁管价格昂贵，难以为大型输水工程所接受。

1.2钢管（SP）

钢管由钢板加工而来，采用钢管制造，可承受较大的内外压力，且管材具有良好的透气性能，适用于各种配件的生产，并能适应各种复杂的地质和地形条件。一般而言，钢管由焊接或法兰连接，具有灵活的界面和拐角类型、先进且方便的结构技术以及更少的管道泄漏。钢管具有其他管材所没有的优势，这意味着它可以补偿自身抗拉强度的轴向力，并且具有良好的抗水锤性能。其缺点是成本相对较高，维护成本较高，防扩散能力差。除了常规的内壁和外壁防腐处理之外，在放置在不良水文地质部位时，还需要考虑特殊的防腐措施，例如阴极保护。此外，钢管的建造过程很困难，需要在管道连接之间进行高水平的焊接，并且进行非破坏性的响应测试非常耗时，安装成本高于安装其他两种管道的成本。

1.3预应力钢筒混凝土管（PCCP）

PCCP管是由钢板、钢丝和混凝土组成的复合管。埋在混凝土中的薄壁钢管和围绕管芯外壁的预应力钢丝缠绕使PCCP管的内部水压和外部荷载都较高。预应力钢绞线和插口钢绞线受混凝土或水泥混凝土高碱性环境的保护，不被外部介质腐蚀，因此使用寿命很长，通常不需要其他防腐处理。如同铸铁管一样，采用简单的施工技术和快速的施工速度的插口连接。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管壁糙率

初始表面粗糙度与管道的制造水平和构造质量相关，而长期运行中的表面粗糙度与水质、水温、垢度和泥浆含量相关。在作业过程中，管壁表面粗糙度逐渐增加，水流阻力增加，水头损失增加。必须在压力泵站压力下进行远程输水工程，并提高能耗。初始表面粗糙度为钢管、可锻铸铁管和PCCP管，按从大到小的顺序排列。长期运行后，管道的表面粗糙度会增加，因此在长期运行后，钢管、可锻铸铁管和PCCP管的表面粗糙度将按降序排列。

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。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。

2.4耐蚀性能

钢管需要内、外防腐涂料与阴极保护相结合。已完成的铸铁管产品已喷过内外防腐处理，因此无需进行其他防腐处理。在大多数情况下，水泥马耳他套管和PCCP管的混凝土管芯可提供足够的防腐蚀管道保护，而无需采取其他措施。为了防止预先加载的PCCP钢丝氢硅损坏，在大多数情况下需要阴极防腐蚀保护。

2.5施工难度

管道安装的难度受管道重量、在位编辑、在位高程条件、安装技术和基础编辑的影响。钢管相对较轻，在施工中容易起降，但对现场焊接技术要求较高，防腐施工复杂。铸铁管和管材相对较轻，安装界面和管材也较为方便，因此需要对基础和管材进行稍大的调整，因此不需要在现场添加额外的防变形剂。PCCP管相对较重，施工难度较大，需要大型机械，对地基处理和堵漏具有最高要求。管道底部应设置较多的砂砾垫层，以防止不均匀沉降，防腐蚀施工复杂。

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，更换较为烦琐；PCCP管需要替换新管节，一般用钢管节替换。

3长距离输水管道工程管材比选实例分析

3.1工程概况

哈密供水工程是哈密现代能源与化工产业示范区开发建设的水资源保障工程。工程任务是自库木苏水库引水，向哈密现代能源与化工产业示范区（三塘湖、淖毛湖矿区的3个产业园区）供水。工程位于哈密市巴里坤哈萨克自治县和伊吾县境内，工程区西南部为东天山北坡，西北部为北塔山，北部和蒙古国相邻。工程年引水量为3亿m³，设计引水流量为13m³/s，为Ⅱ等大（2）型工程。本标段工程线路全长约176km。

工程区主要工程地质问题有地下水的腐蚀性、地基土的腐蚀性、土的地震液化、土的冻胀性、泥岩膨胀性、管线跨越活断层、放射性、冲沟泥石流等。有压输水钢管工程，管道安装受自然环境影响大，为保护管道不受腐蚀，防腐保护层施工难度大，回填碾压施工效率底，故，复杂气候、地质环境下大直径有压输水钢管快速综合施工技术研究与应用可降低工程施工成本和节约后期维护费用。

3.2研究主要目的

结合新疆哈密山北供水工程，进行复杂气候、地质环境下大直径有压输水钢管快速综合施工技术研究与应用工作，从降低施工成本和节约后期维护费用还能有效的节约水资源，保护生态环境，提高施工技术水平，为新疆输水工程建设的施工技术提供重要的技术支撑。

（1）利用项目研究成果进行复杂气候、地质环境下大直径有压输水钢管快速综合施工技术研究，提高施工效率降低施工成本；

（2）利用项目研究成果，可以保证在复杂气候、地质环境下大直径有压输水钢管快速综合施工过程中，在保证大管径输水管道施工要求之外，还能节约水资源，降低成本及保护生态环境；

（3）通过项目研究，可以积累新疆地区大管径输水管道施工技术经验，为本公司今后承接类似输水工程施工提供重要的技术支撑。

3.3管径选择

目前，长距离输水管道工程中常用的管材有：球墨铸铁管（DIP）、钢管（SP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、高密度聚乙烯管（HDPE）。高密度聚乙烯管（HDPE）不适用于大口径管材，本次比选不予考虑。初步选定3种管材进行比选：球墨铸铁管（DIP）、钢管（SP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）。根据工程地质条件，项目区域的环境水对钢结构具有腐蚀性，项目区域为盐渍土。管道内预应力钢绞线易发生腐蚀和损坏，钢管易发生腐蚀，影响管道的使用寿命。根据输水管道的布置，管道沿线的高压管路和钢管(SP)的耐腐蚀性较弱。管道内外应进行防腐和防腐，并应进行阴极保护工艺设计。安装成本高，焊接工艺要求严格。钢管(SP)的价格高于可锻钢管(DIP)的价格，因此钢管(SP)在本项目中的优势较小。根据河道水质来看，汛期含沙量非常大，因此不应低估泥沙引起的管道磨损。球墨铸铁管（DIP）的耐磨性能优于钢管(SP)和预埋钢管混凝土(PCCP)，但是在本项目中的优势相对较小。经过工程地质和管道布置的综合分析，从输水安全和投资节约两方面结合三种管道的优缺点，最终选定了经济、耐腐蚀性强、耐磨损性好的预应力混凝土圆柱(PCCP)。

4结语

输水管道工程建设之前首先要考虑到的因素就是管材的安全性，以及可靠性，输水管线是城市的生命线，如果因为其材料的不合格导致爆管，就会造成很大的损失，影响居民生活甚至周边的建筑。所以在输水工程的建设中首先就是要保障材料的安全可靠性，其次再将经济环保等因素纳入考虑中。在长距离输水工程中，管径、管材的要因地制宜、因材施用，根据每个工程实际的工程布置、地质条件、环境条件、运行条件及工程造价综合选择。