|
岳梦霞 (广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510635) 摘 要：长距离管道输水工程具有输水管道线路长、管径大的特点，管道投资占工程总投资比重大，设计中选择经济合理的管材、管径至关重要。文章对茂名滨海新区供水工程管材管径进行比选分析，综合考虑选择预应力钢筒混凝土管，选择经济管径DN1600，对同类型工程具有参考意义。 关键词：供水工程；管材；管径；钢管；预应力钢筒混凝土管 1 工程概况茂名滨海新区供水工程主要是解决茂名市滨海新区工业及居民生活用水，总供水规模为28万m3/d，为Ⅱ等大(2)型工程。本工程取水水源为儒洞河，采用压力管道输水方式，取水泵站设计取水流量为3.24 m3/s，从取水泵站提水后沿325国道北侧由东向西直接输送至净水厂分水点，线路总长11.989 km。本工程管道投资占工程总投资比重大，设计中选择经济合理的管材、管径至关重要[1]。 2 管材选择结合目前中国管材生产和运行的实际情况，设计中采用4种管材[2-4]进行方案比选：钢管(SP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、玻璃纤维夹砂管(RPMP)、球墨铸铁管(DIP)。分别从管材物理性能、施工难易程度、造价等方面进行比较[5]。 2.1 管材物理性能 钢管(SP)[6]在引调水工程中应用非常广泛，具有重量轻、强度高、管道接口精度高、供水安全性好、高抗渗性、适应复杂地形、抗震性能好、承压能力强、运输方便等特点，需要做内外防腐措施。 预应力钢筒混凝土管(PCCP)[7]属于管芯缠丝预应力管，管芯为钢筒与混凝土的复合结构，管道承插口采用钢板冷加工成型、公差配合，加工精度高，具有高强度性、高抗渗性、高密封性、耐久性强、糙率低、单管重量大等特点[8]，大口径常用管径范围为DN1200～DN4000，工作压力0.4～2.0 MPa。 玻璃纤维夹砂管(RPMP)[9]全称为玻璃纤维增强热固树脂夹砂管，主要有玻璃长纤维缠绕夹砂和玻璃短纤维离心浇铸加砂2种制造工艺和管型，是近年来中国新兴的一种管材，重量轻、防腐性能好，管道安装、运输方便，管壁不易结垢，适应具有腐蚀性的土壤，管壁内表面光滑，摩阻系数非常小，水力特性好，承受内压高，缠绕式管型最大可承受水压达6 MPa。中国制造厂已具备大口径DN1600～DN3000的生产能力。 球墨铸铁管(DIP)[10]由经过球化和孕育处理的优质铁水用离心铸造工艺生产，强度比钢管高，延伸率大于10%，抗腐蚀能力比钢管强，具有高强度、高延展率、抗腐蚀、抗震性能好等特点。几种管材优缺点[11]比较见表1。 表1 管材优缺点比较表  管材优点缺点钢管(SP)管材强度较高，耐工作压力高，施工敷设方便，适应性强，接口形式灵活，管道渗漏量较少，单位管长重量较轻，可用来埋设穿越各种障碍。造价较高，耐腐蚀性较差，抗外压能力弱，除内外壁均需做常规防腐处理外，在不良水文地质地段敷设时，尚需考虑采用特殊防腐措施。预应力钢套筒混凝土管(PCCP)能承受较高的工作压力和外部荷载，承插接口加工精度较高，密封性能好，管道渗漏小，使用寿命长，一般在50年以上；施工简单，效率高，在各种管材中维护费用最低。造价较高。与钢管和玻璃纤维夹砂管相比，PC⁃CP管自重大，对基础承载力要求较高；由于是承插接口，适应地基变形能力不如后两者。涂层加牺牲阳极保护。玻璃纤维夹砂管(RPMP)管材强度高，密封性好；重量轻，水头损失较小，在同样条件下口径可比其他管材缩小一个档次；防腐性能好，无电腐蚀之虑，可直接埋设于酸性或碱性土壤中，无需保护，使用寿命较长。与钢管相比，综合造价较低。造价略高于预应力钢套筒混凝土管(PCCP)，制管材料质量要求较高，而目前广东省用于大口径长距离输水的工程经验尚较少。球墨铸铁管(DIP)强度高，防腐及密封性能好，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，使用寿命最长，且安装简单快捷。大口径管材价格高，重量较重。大口径国内生产厂很少，竞争力低。 2.2 管材施工难易程度及技术成熟性 钢管(SP)耐腐蚀性较差，内外壁需采取防腐蚀处理，使用寿命取决于内外防腐层的材质和施工质量。同时，大直径钢管容易出现变形，在运输及安装过程中必须采取相应措施。 预应力钢筒混凝土管(PCCP)在中国大口径管道应用广泛，使用过程中稳定性较好，但施工过程中最大的缺陷就是重量较大，导致运输费用较高。 玻璃纤维夹砂管(RPMP)抗外压能力较差，需要靠管两侧回填土的侧向约束来抵抗外压，施工中对基础要求均匀、回填料要求严格，施工难度相对较大。对承插口处要求较高，尤其是大口径，处理不好非常容易形成渗漏点，目前中国大规模应用也较少，技术经验也不成熟。 球墨铸铁管(DIP)采用柔性接口、刚性接口或法兰接口，不需要进行现场焊接，其沥青外涂层和水泥砂浆内衬多数厂家在生产线上已经制作完成，无需另外做防腐蚀处理。单管重量较大，大口径管道价格相对较高。国内应用技术成熟，大口径生产厂少。 上述几种管材在技术性能[12]及施工难易程度等方面的综合情况比较见表2。 表2 管材综合情况比较表  管材耐腐蚀性耐磨性糙率系数n球表面施工开挖回填试压接口方式维修基础耐久性适应水锤能力同类工程应用SP弱，需阴极保护弱0．009～0．012较光滑，易结垢不方便，要焊接，起吊设备容量较大需较大作业面，投资较大标准低分段试压，较难，费用大焊接方便，时间长，费用高适应性强弱，阻力系数随使用年限增加大较强多PCCP较强较强0．010～0．012光滑，不易结垢较方便，起吊设备容量大管壁厚，开挖断面大，投资大标准较低接口试压，较易，费用小承插不方便，时间长，费用较高适应性较强较弱，阻力系数随使用年限增加较大较强多RPMP强强0．0083～0．01光滑，不结垢方便，起吊设备容量小工作面小，开挖断面小，投资小标准较高接口试压，易，费用小承插或对接方便，时间短，费用低适应性较强强，阻力系数基本不变强少DIP较强较强0．0122～0．013较光滑，易结垢较方便，起吊设备容量较大需较大作业面，投资较大标准低分段试压，较难，费用大承插不方便，时间长，费用高适应性较强较弱，阻力系数随使用年限增加较大较强较多，大口径少 2.3 管材造价比较 本工程取水泵站至净水厂分水点段管道设计内水压力为0.9 MPa,管顶设计覆土厚度按2 m考虑，4种管材单位长度综合造价比较详见表3所示。 表3 管材单位长投资比较表  管材直径/m壁厚/m管道投资/元土方开挖/m3土方回填/m3砂垫层/m3综合造价/元预应力钢筒混凝土管(PCCP)20．15511333．2023．775．276269．451．80．14463929．5021．204．915678．761．60．125405025．8718．754．434971．211．40．125356022．9116．734．044383．411．20．095288119．3214．423．383580．4010．085234616．5212．592．862946．92球墨铸铁管(DIP)20．0225724028．9321．604．058236．391．80．0207572425．7419．243．846622．791．60．0189437022．7317．073．555173．621．40．0171325719．9115．083．213968．151．20．0153249817．2713．262．823119．9510．0135176814．8211．582．412304．400．90．0126147613．6710．802．201971．950．80．0117142712．5610．051．981882．910．70．0108115011．509．321．771566．910．60．009990310．488．621．561282．900．50．0096859．527．951．351028．90玻璃纤维夹砂管(RPMP)1．60．0328599923．1317．293．666817．021．40．0289462220．2315．263．305345．101．20．0249346917．5113．402．894100．2610．021262315．0011．692．463166．050．90．0191219413．8110．892．232694．79钢管(SP)20．02833628．8521．564．029329．341．80．018686925．6619．203．817764．441．60．016556122．6517．033．536361．401．40．014440519．8315．043．195112．611．20．012338517．1913．212．804003．181．00．01249214．7411．542．393025．65 注：管道设计内水压力为0.9 MPa；断面设计覆土厚度为2.0 m；管道投资包含防腐和安装费。 2.4 本工程管材选择 综合2.1～2.3节管材物理性能、施工难易程度、造价等方面比较可以看出，玻璃纤维夹砂管(RPMP)无论采用何种工艺，制管过程中，质量控制手段和检测手段的完善都是至关重要，且属于柔性管，刚度较差，对地基处理及施工土方回填要求较高，增加了施工难度，大口径国内尚未大规模应用，技术经验不成熟，而且管道综合造价直径DN1000以上最大，本工程不选择玻璃纤维夹砂管作为输水管材。根据图1很明显可以看出，大口径中，钢管(SP)综合造价相对较高，考虑本工程的造价指标控制，对其他管材无明显优势，因此本工程不推荐使用。预应力钢筒混凝土管(PCCP)及球墨铸铁管(DIP)的优缺点、施工难易程度有很多相近之处，而且国内生产技术均较成熟，均能满足本工程输水管材的技术要求，但从综合造价上比较，直径DN1400以下的，球墨铸铁管(DIP)占优势，直径DN1600以上的，预应力钢筒混凝土管(PCCP)值得推荐。  图1 管材综合造价比选图 3 管径选择本工程为长距离输水工程[13]，需要加压的输水主管管径的选择以供水工程的总投资现值最省[14]为原则。本工程需要加压的输水主管为儒洞河取水泵站至净水厂分水点段，管线总长11.989 km。设计流量为3.24 m3/s，根据大口径管道经济流速[15]范围1.0～3.0 m/s，选择管径范围1.2～1.8 m作管径比选。管径比选详见表4。 表4 管径比选表  方案管径/m管道内径/m儒洞河取水泵站扬程/m折现率i流量/(m3·s-1)流速/(m·s-1)装机容量/kW最大年抽水量/万m3电价/(元·kWh-1)项目寿命/a30年电费现值/万元管道工程投资/万元泵站工程投资/万元总费用现值/万元方案1方案2方案3方案4DN1200DN1400DN1600DN18001．21．41．61．873．7335．3319．9312．920．080．080．080．083．243．243．243．242．752．021．551．232902139178550885108510851085100．70．70．70．73030303071693436193812561733821337239143225352242503141291529731272762726434424 根据表4比较成果显示，方案1水头损失大，需要泵站扬程高，运行费用高；方案4水头损失小，泵站扬程低，年运行费用省，但随着管径的加大，管道一次性投资大；方案2和方案3费用现值小，且相近。但是由于本工程是一次性投入长期运行的，考虑到电费上涨等敏感性因素影响，本工程选定方案3，即推荐采用经济管径DN1600。因此，根据2.4节结论，考虑本工程造价指标的控制，推荐预应力钢筒混凝土管(PCCP)作为本工程的推荐管材。 4 结 语茂名滨海新区供水工程采用有压管道输水，输水管线在工程投资中所占份额较大，因此，对管材、管径进行技术经济比选至关重要。输水管线选用供水工程中常见且适合本工程特点的钢管(SP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、玻璃纤维夹砂管(RPMP)及球墨铸铁管(DIP)4种管材，从管材物理性能、施工难易程度、造价以及经济管径等方面进行综合比较，最终选择预应力钢筒混凝土管(PCCP)作为推荐管材，并推荐采用经济管径DN1600。所选管材、管径不仅节约了工程投资，而且满足了工程的可靠性，对同类型工程具有较好的参考意义。 参考文献： [1] 黄维朴.浅谈压力输水管道管径管材比选[J].建筑与设备，2011(03):74-75. [2] 程金煦.大中型输水管道管材选择探讨[J].给水排水，2001,27(05):81-85. [3] 陈建亚.浅议给排水设计中管材的选取与运用[J].山西建筑，2010(05):12. [4] 苏熙博.给排水管材的选择及应用[J].中国新技术新产品，2010(05):33. [5] 何远通.长距离输水工程的有关问题探讨[J].浙江水利科技，2008(05):29-30. [6] 中华人民共和国水利部.水利工程压力钢管制造安装及验收规范:SL432-2008[S].北京：中国水利水电出版社，2008. [7] 中国建筑材料协会.预应力钢筒混凝土管:GB/T19685-2005[S].北京：中国标准出版社，2005. [8] 张亚平.预应力钢筒混凝土管的应用[J].给水排水，1999,25(05):58-61. [9] 中华人民共和国工业和信息化部.纤维缠绕增强热固性树脂压力管:JC552-2011-T[S].北京：中国标准出版社，2012. [10] 中国工程建设标准化协会.给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规程:CECS142:2002[S].北京：中国计划出版社，2002. [11] 张琴.积石山县城区供水工程输水管道选择及设计[J].甘肃水利水电技术，2011,47(02):38-40. [12] 毛小琳、王金伟,赵明哲.大伙房水库输水应急入连工程输水管材的选定[J].水利建设与管理，2012(S1)：3-5. [13] 中国工程建设标准化协会.城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程:CECS193:2005[S].北京：中国计划出版社，2005. [14] 李学红.大河沿河七级水电站管材、管径优化比选设计[J].水利与建筑工程学报，2009,7(03):139-141. [15] 上海市建设与交通委员会.室外给水设计规范:GB50013-2006[S].北京：中国计划出版社，2006. Analysis on Comparison and Selection of Diameters of Pipe Materials for Water Supply Project in New Binhai Zone, Maoming YUE Mengxia (Guangdong Hydropower Planning & Design Institute, Guangzhou 510635,China) Abstract：The long-distance water transmission works with pipes features the long transmission pipeline with large diameter. Investment on the pipes accounts for a higher percentage in the total investment of the project. Therefore, the reasonable and economic selection of pipe materials and diameters is important in design. In the paper, materials and diameters of the pipes applied in the water supply project in New Binhai Zone, Maoming are analyzed. The prestressed concrete pipe with steel tube with the economic diameter f DN1600 is selected. This can be referred to other similar projects. Key words：water supply project; pipe materials; pipe diameter; steel pipe; prestressed concrete pipe with steel tube 文章编号：1006—2610(2017)03—0039—03 收稿日期：2017-05-04 作者简介：岳梦霞(1982- )，女，河南省沈丘县人,工程师，从事水利工程设计与管理工作. 中图分类号：TV48;TU511.37 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-2610.2017.03.009 |
|
|
