上海地区大口径输水管管材的选用

刘文波

在管道输水工程前期工作中，要考虑诸多因素，进行多种工程方案的综合比较，而选择最安全、最经济、最有利于施工、最方便管理运行的管道材质是这些工作的基础。在长距离输水工程中应优先考虑采用管道输水。根据当前国内大口径输水管材的发展、生产与应用情况，口径在 1 200mm以上的输水管较常用的管材主要有钢管(SP)、球墨铸铁管(DIP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、玻璃钢管(FRP)。每一种管材都有各自的特点，包括优点和缺点。在选择管材时，不但要熟悉各种管材的材质、使用条件，从而采用符合要求、经济合理、安全可靠的管材，还要根据其外部荷载、内水压力、设计流量、环境介质、使用寿命、造价等因素综合考虑确定。

1 选材条件和比选原则

按照城市供水行业技术进步发展要求，大口径输水管选材应满足下列条件:1)能承受所需的管内的水压力;2)具备抵抗外部荷载的能力;3)适合土质性质;4)安装方便，维修简单;5)耐腐蚀，使用年限长;6)内壁光滑，长期输水后，能保持相当好的输水力。同时，还应结合工程经费、施工工期等方面综合选定。

大口径输水管的管材选择需进行技术经济综合分析评价，遵从以下 5个比选原则:1)管材性能可靠，能承受要求的内压和外荷载;2)管材来源有保证，管件配套方便，运输费用低;3)施工机具解决及安装容易;4)使用年限长，维修工作量少;5)输水能力可长期保持相同条件下，工程造价低。

2 主要管材比较分析

根据上述选材条件和材质比选原则，对钢管、预应力钢筒混凝土管、球墨铸铁管、玻璃钢管 4种大口径输水管道主要管材的技术经济性能进行比较分析(见表1)。

表1 4种管材的各项性能

1)耐压能力:指管壁承受管内的工作压力和管外土层净荷载及地面或荷载的能力。这是保证输水安全性的重要指标。钢管、预应力钢筒混凝土管、球墨铸铁管 3种管材强度高，承受内外压的能力强，而玻璃钢管承受外压的能力较弱。2)柔性特征:玻璃钢管的弹性模量为15.2×103MPa，硬度HB=40，属于柔性管材，而其他 3种管材均为刚性管材。玻璃钢管的柔性特征及重量轻的特点，使其适用于铺设于水下以及地下水位高的软土地区，这一特点是其他 3种管材无法比拟的。3)耐蚀性能:埋地管道外部土壤对管壁的腐蚀是十分严重的，尤其是酸性土对管道的腐蚀尤为严重，因此管材的耐腐蚀能力是保证给水管道安全性和延长使用寿命的重要条件。4)接口形式:接口结构的先进性，直接关系着给水的安全性、渗透性、安装的复杂程度。5)管材重量:管材重量对施工运输成本及施工难度影响较大。现以口径 2 600mm为例，4种管材的单位质量见表 1。6)施工难度:管道安装的施工难度，受管材重量、防腐工艺、接口形式以及对地基和回填的要求等因素影响。7)管内壁粗糙度:管内壁粗糙度对减小水流阻力，降低水头损失，减少加压功率起着极其重要的作用。8)管材价格:管材价格要综合考虑。钢管费用要计入防腐费用，混凝土管要计入运输费。通过对这两种管材比较，钢管的综合造价要高于混凝土管的 4/5。玻璃钢管的管材价格与混凝土管相差不多，而球墨铸铁管的管材价格则高于玻璃管和混凝土管将近 1倍。9)施工费和施工条件:施工费中土工费 4种管材相差不多，混凝土管的运输费和吊装费较多，而钢管的电费和排水费较多。根据现场情况、路径障碍、气候条件等确定使用管材，如钢管最适用于障碍较多处。10)管件配套:输水管安装施工时需要各种管配件，包括成品管件、现场或离场制作类管件，直接对施工难度和进度产生影响。11)故障和维修:在输水管运行中可能发生非正常工况，如果超过管材耐受极限，就会使管道产生故障。由于输水管是城市供水安全的基础环节，所以必须对故障段进行快速维修，争取最短时间内恢复输水能力。

3 上海地区管材推荐

上海市地处长江入海口、太湖流域东缘，境内河道(湖泊)面积532 km2，河面率为8.4%;全市河道长度2万余千米，河网密度平均每平方千米 3 km～4 km。主要河道有黄浦江及其支流苏州河(吴淞江)、蕰藻浜、川杨河、淀浦河、大治河、斜塘、园泄泾和大泖港等，与黄浦江主干交织成黄浦江水系。在上海地区选择大口径输水管道管材，除了进行一般的技术经济比较以外，还需要考虑以下方面:由于上海市在我国的重要性，管材的选择必须首先保证输水的安全可靠性;上海地区地势较低，水系发达，地下水位较高，这给管道施工带来了一定的困难，管材选择时应将施工难度和施工费用作为重要因素;另外上海地区大口径输水管常用管材为钢管、球墨铸铁管，施工管理都比较成熟。

综合以上分析，在上海地区大口径输水管(≥DN1 200)4种管材使用的具体推荐性意见(以次序排列)为:钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、玻璃钢管。

4 结语

在采用大口径管道进行长距离输水的工程中，合理选择管材是前期工作的基础。根据大口径输水管选材条件和比选原则，通过对钢管、预应力钢筒混凝土管、球墨铸铁管、玻璃钢管 4种主要管材的技术经济性能进行比较分析，并结合上海地区的地理地质情况和施工管理现状，提出在上海地区大口径输水管管材使用的具体推荐性建议:首选钢管，其他依次为球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、玻璃钢管。

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