关于预应力钢筒混凝土管（PCCP）与玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）在张峰水库输水总干工程中的应用比较

宋国华

（山西省张峰水库建设管理局 山西沁水 048215）

0 引言

张峰水库位于山西省晋城市沁水县郑庄镇张峰村沁河干流上，由枢纽工程与输水工程两部分组成。输水工程由总干、一干、二干组成，为城市生活、工业、农村人畜饮水和蔬菜、桑园灌溉输水。输水工程等别为Ⅲ等，管道及其建筑物的级别为3级。总干设计流量6.45～2.44 m3/s，全长63.1 km，渠首至20#隧洞出口为明流输水，全长24.7 km，20#隧洞出口至总干末端蓄水池为管道输水，全长38.4 km，流量2.44 m3/s。压力管线接20#隧洞出口，穿固县河后沿胡底河逆流而上，在七坡村东桩号为T5+987处设总干一级泵站，泵站总装机8 400 kW。过泵站后出水管继续沿胡底河到玉溪村东侧平坦处设出水池，在桩号T12+461处设总干二级泵站，泵站总装机8 400 kW。出泵站后出水管继续沿胡底河向东北，在T17+807到达老马岭隧洞（无压隧洞全长3.76 km），出隧洞后管道接出水池向东，至交河村，沿公路右侧至章庄村南，顺河而下，至陈庄村后折向东北，沿S331公路向东，一直到上玉井村后折向北，在唐庄西北约1 km处到达总干末端调蓄水池。其中T0+000～T3+911为DN1600预应力钢筒混凝土管（以下简称 PCCP）,T3+911～T17+807为DN1400 PCCP,T21+633～T25+284 为 DN1200 PCCP,T25+284～T38+437为DN1200玻璃纤维增强塑料夹砂管（以下简称FRPM管）。

现针对张峰水库工程输水总干PCCP与FRPM管两种管材的设计、安装、运行管理等方面进行比较。

1 设计方面

1.1 回填要求方面

图1 管道回填断面

以管道穿卵石混合土区为例，管道回填标准断面如图1所示。具体要求如下：PCCP管底铺设150 mm厚的碎石或砂砾料垫层，粒径小于20 mm，无级配。垫层一次铺设完毕，均匀摊铺平整。管区回填范围内，尽量采用原土回填，但不得含有机物、冻土以及大于50 mm的硬块，不应有大于80 mm的土块，管区Ⅰ回填料压实系数不小于0.93，管区Ⅱ回填料压实系数不小于0.85。非管区回填压实系数不小于0.80。FRPM管管底铺设150 mm厚粗砂垫层，垫层一次铺设完毕，压实系数不小于0.95。管区回填范围内，尽量采用原土回填，但不得含有机物、冻土以及大于19 mm的硬块，不应有大于38 mm的土块，管区Ⅰ回填料压实系数不小于0.95，管区Ⅱ回填料压实系数不小于0.90。非管区回填压实系数不小于0.85。因此，FRPM管对管区回填材料要求更高。

1.2 工程地质条件适应方面

本工程老马岭隧洞以前涉及的地层岩性主要为第四系全新统洪冲积（）卵石混合土，局部地段为低液限黏土或基岩。老马岭隧洞以后涉及的地层岩性主要为中更新统洪冲积（低液限黏土及上更新统洪积（低液限黏土或低液限粉土，局部地段涉及奥陶系中统峰峰组（角砾状泥灰岩、灰岩。与PCCP相比，FRPM管对管区回填材料要求更高，因此，老马岭隧洞以前安装PCCP，老马岭隧洞以后安装FRPM管。

1.3 耐腐蚀性方面

FRPM管管材为一种耐腐蚀管材，它能有效地抵抗污水、腐蚀性土壤的化学侵蚀，不需进行防腐处理即可长期使用。PCCP管材容易受Cl-、CO2等腐蚀介质侵蚀，耐腐蚀性能较差，在运行过程中会出现腐蚀。因老马岭隧洞前水样检验含有较多的Cl-、CO2等，对管道进行防腐处理，防腐层为400μm厚超厚浆型环氧煤沥青防腐漆。

1.4 水力学性能方面

FRPM管的糙率系数取0.009，PCCP的糙率系数取0.013，由此可以看出FRPM管道能显著减少沿程水头损失。本工程在管道输送能力相同时，PCCP管径以DN1600和DN1400为主，而FRPM管管径只需DN1200即可，从而减少土方开挖量，降低施工费用。

1.5 管材抗外压性能方面

当管内无水时，FRPM管抗外压性能较低，而PCCP抗外压性能较高。因此，当FRPM管上方存在较大的动荷载时，需采取套管防护措施。

2 安装方面

2.1 安装进度方面

在管道安装效率方面，对DN1400～DN1600的PCCP管道，一般每天每个工作面只能安装6 m长管道4～5根。而对DN1200的FRPM管道，每天每个工作面可安装12 m长的管道8～10根，安装效率高。同时，由于单管长度比PCCP管长一倍，接头数量减少了50%，在长距离管线安装时，减少了管道接头渗漏的可能性，接头的安全性能比PCCP管道高。因此，FRPM管安装进度较快。

2.2 拐点衔接方面

PCCP弯头拐角大于5°时，采用钢制弯头管件，外包C15混凝土镇墩;拐角小于5°时，采用标准管道或短管借转方式连接。FRPM管弯头转角大于3°时，采用FRPM管弯头，外包C15混凝土镇墩;拐角小于3°时，采用标准管道或短管借转方式连接。因此，FRPM管更易于安装。

2.3 装卸方面

FRPM管的密度为1.75～1.9 g/cm3，与相同压力、相同管径的PCCP管材比较，FRPM管单位长度的重量约为PCCP的10%，如吊装相同管径12 m长的FRPM管需8～10 t的吊车，但吊装6 m长PCCP管则需要16 t甚至20 t以上吊车才能满足要求，因此，FRPM管更易于装卸、安装。

3 运行管理方面

3.1 环保性方面

FRPM管的内衬层采用食品级不饱和聚酯树脂，可确保水质符合《GB/T 17219生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价》标准要求，可用于输送和贮存含氯的饮用水及生活用水。长期运行管道内壁也不会生苔、结垢、滋生微生物，不会对水质造成二次污染。而PCCP长期使用后，内壁会生苔、结垢、滋生微生物，减小过水能力，增加泵送成本，而且对水质造成二次污染。因此，FRPM管的环保性好。

3.2 耐磨性方面

FRPM管内表面十分光滑，长期使用后其糙率系数变化不大，而PCCP在长期使用过程中，由于其内表面水泥颗粒的脱落，结垢和微生物的滋生，糙率系数增加较大。因此，FRPM管的耐磨性强。

3.3 管材造价方面

以本工程为例，PCCP标准管管材单价主要介于2 200～2 500元/m，FRPM管标准管管材单价主要介于1 400～1 700元/m。因此，FRPM管的单价较低，建设成本较小。

3.4 事故检修方面

PCCP管道安全性高，一般不出现管身、接头漏水。因本工程PCCP位于总干一、二级泵站加压范围内，可能产生水锤，事故发生后，停水并关闭上下游检修蝶阀，放空管道，采用钢制应急短管替换损坏管道。FRPM管本身抗剪能力差，容易在承插口及建筑物进出口剪断，事故发生后，停水并关闭上下游检修蝶阀，放空管道后采用与管材相同的不饱和聚酯树脂、无碱玻璃纤维针织毡、固化剂等材料进行现场糊口；如管道破坏严重，替换备用的FRPM管。因此，FRPM管易于检修。

4 结论

综上所述，张峰水库输水总干PCCP在回填要求、工程地质条件适应、管材抗外压性能等方面具有明显优势，FRPM管在耐腐蚀性、水力学性能、环保性、耐磨性、管材造价、安装进度、拐点衔接、装卸、事故检修方面具有明显优势。目前，张峰水库输水总干已运行两年，PCCP与FRPM管均运行正常，说明管材的设计、安装过程合理可行。