滹沱河太原水质提升调水工程管材选择

郭 晴

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 滹沱河太原水质提升调水工程概况

滹沱河太原水质提升调水工程位于山西省忻州市和太原市的阳曲县境内，其中忻州市涉及五台县、定襄县和忻府区。本工程以建成的坪上应急引水工程为基础，取坪上泉域的泉水为水源，充分利用现有水源工程、取水工程、泵站工程、隧洞工程及管线工程，通过新建少量的工程，实现向太原供水的目标。

本工程分为两大部分：水源地工程和输水线路工程。其中，水源地工程分为三部分，分别是水泉湾水源地、清水河水源地和引水隧洞，主要建筑物包括水源地取水建筑物、压力管线、管线附属建筑物、加压泵站、引水隧洞等；输水线路工程主要建筑物包括输水管线、管线附属建筑物、输水隧洞、加压泵站、调压池以及调节池等。

本工程近期取水规模为7200万m3/年（取水流量2.29m3/s），其中忻州市 1200m3/年，太原市 6000m3/年；远期最终取水规模为1亿m3/年（取水流量3.17 m3/s）。考虑到输水线路工程大部分位于忻定盆地中，线路沿线地形条件复杂，地面建筑物较多，穿越河流和交通干道多的因素，若考虑按近期规模设计输水线路，远期再扩建工程的难度将会很大。因此，按照总体设计、分期实施的原则，设计规模确定为：

1）水源地工程

水泉湾水源地规模取水流量1.29 m3/s，清水河水源地规模取水流量按照《坪上应急引水工程变更设计报告》的批复意见（即1.0 m3/s）确定，引水隧洞衬砌部分按照原设计完建。

2）输水线路工程

供水干线（即甲子湾调压池至季庄段），近期维持原设计规模（即2.29 m3/s）；季庄以下的管线及隧道按照远期规模（即3.17 m3/s）确定；芝郡加压泵站机组及辅机设备按照近期规模（即1.90 m3/s）确定，厂房等建筑物按照远期规模（即3.17 m3/s）确定。

2 管材的种类及比较

本工程输水工程管线全长79.21 km，其中利用现有坪上应急引水供水干管长度28.5km，新建50.70km，绝大部分布置于地势平坦的忻定盆地，整个管线沿线农田地段占绝大部分，有较好的地形及地质条件；局部地段管道布置需穿越滹沱河、云中河和牧马河等河道，穿越二广高速、五保高速公路和108国道等交通干道，穿越北同蒲铁路和台忻线铁路等，沿线地形、地质条件较为复杂，对管道安全防护要求较高。

输水工程管线管道工作特点：1）现有坪上应急引水工程的供水干线，最大输水流量为2.29 m3/s，最大工作压力为0.6～1.0 MPa；2）季庄-芝郡段输水管道输水流量为 3.17 m3/s，最大工作压力为 0.6～1.0 MPa；3）芝郡-上佐段输水管道输水流量为3.17 m3/s，最大工作压力为1.0～2.5 MPa，其中有14.4 km的管道最大工作压力在1.6 MPa以上。

作为距离长、保证率高的供水工程，要求输水管道具有较高的可靠性能、抗外界不利因素性能及耐久性能。从当下我国管材应用的成熟程度和我省大水网工程中管材的使用情况来看，球墨铸铁管（DIP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、改性预应力钢筒混凝土管（PPCCP）、玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）和钢管均可以满足以上几个方面的要求。根据本工程供水管线总体布置沿线地形地质条件、输水方式等情况，考虑坪上应急引水工程中输水管材的实际运用情况，本次重点针对预应力钢筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）和玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）进行管材综合比选。

2.1 预应力钢筒混凝土管（PCCP）

预应力钢筒混凝土管是指在带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，并在其上喷制致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管。它是由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成的复合管材，具有以下特点：1）相比混凝土管具有良好的抗渗性；2）管材承内水压力高，可适应较大的埋深；3）管道连接采用承插式定型钢制口环，密封性能良好；4）在一般土壤中具有一定的耐腐蚀性；5）管件可按需制作、安装简便、效果可靠；6）与普通钢管相比，管材使用寿命长；7）管道接口属于半柔性接口，对管道基础回填要求高；8）管道自重大，安装运输较为不便；9）在强腐蚀环境，需管道外壁增加防腐措施。

目前国内应用其输水工作压力已达2.0 MPa。

2.2 球墨铸铁管（DIP）

球墨铸铁管的主要成分有铁、碳、硅、锰、硫、磷和镁等，是一种高强度合金管道，具有以下特点：1）可承受较大的内水压力，可达到3.0 MPa，其延伸性能好，刚度、抗拉强度均较大；2）管件型号齐全，能适应各种管径安装需要；3）管道通常采用属柔性接口的承插口进行连接，施工方便、快捷；4）管道自重小，安装方便；5）耐腐蚀能力强于钢管，但弱于非金属管道；6）管壁内衬水泥砂浆，内壁相对光滑；7）属柔性管道，对地基适应性较强；8）比钢管的使用寿命长；9）管壁较薄，抗外压能力较差，对基础与回填要求较高；10）相对于非金属管道，价格较高。

目前国内应用已达到DN2400承受2.5 MPa的工作压力。

2.3 玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）

玻璃纤维增强塑料夹砂管是一种轻质，高强，耐腐蚀的非金属管道，具有以下特点：1）密度小，具有优良的力学物理性能；2）内表面光滑，水力性能优异，在相同工况条件下，可以选用较小的管径或功率较小的输送泵；3）接口密封性好，不渗漏，不会破裂，增加供水安全可靠性；4）耐腐蚀，抗老化，使用寿命长，不结垢，维护简便，成本低；5）承内水压力高；6）与普通钢管及铸铁管相比，使用寿命长；7）综合造价低，安装快捷，安全可靠；8）玻璃纤维增强塑料夹砂管管壁较薄，抗外压能力较差，对基础与回填要求较高。

目前国内应用已达到DN2200承受2.5 MPa的工作压力。

2.4 管材的选择

三种管材特性比较见下表1，三种管材单位综合造价见下表2。

由表1、表2比较可知，预应力钢筒混凝土管、球墨铸铁管和玻璃纤维增强塑料夹砂管，均具有各自的特点，结合本工程管径大、输水距离长的特点和管道沿线地形、地质条件，参考省内类似工程的成功经验，同时考虑本工程属省会城市水质提升工程，为确保饮用水安全，综合考虑确定本工程输水线路工程中季庄至芝郡段和小迦东至泥屯段（即重力流段）使用预应力钢筒混凝土管，芝郡至上佐段（即泵压段）使用球墨铸铁管，局部穿河段和交通干道地段使用钢管。

不同管材长度及压力等级统计见表3输水管道长度及压力等级统计表。

表1 管材特性比较表

表2 管材单位综合造价比较表

表3 输水管道长度及压力等级统计表

3 结语

由滹沱河太原水质提升调水工程输水管道的管材选择情况看，管材的选择必须依据管线沿线穿越地区地形、地质、地下水埋深等条件，结合工程的重要程度、输水流量等因素，考虑各种管材的自身管径、工压、承载能力等特点，并把工程对工期要求及资金控制等各方面因素加入，进行综合比较后，才能最终予以确定。

在长距离输水工程中，管道的管材投资在工程总投资中占较大的比重，同时管道的安全运行对工程的安全运行起着非常重要的保证作用。目前，因管材选择不当引发安全事故的实例屡有发生，带来较大的经济损失。故长距离输水工程输水管材的合理选择，对工程安全可靠运行，施工简单、方便，节约资金，管理维护、维修快捷等方面均有重要意义，不容忽视。