太谷县集中供水工程中输水管道的选择

刘海艳

（太谷县水利局 山西太谷30800）

城市供水工程直接关系着城市的稳定和发展，供水管网是城市供水工程的生命线，通过管网要不间断地将合格、充足的自来水安全、高效输送到每个用户。

1 工程概况

太谷县集中供水工程水源取自距县城20 km 的庞庄水库，经过管道输送至距县城1 km 的杨家庄水厂，再经过常规处理后送入城市配水管网。在2006年供水工程建设时，从水库到县城的部分输水管道借用了1997年由水利部门埋设的水泥管和波纹管道，使用年限已超过20年。目前输水管不仅管道老化、供水流量不能满足要求，而且管道受到内外压力、地面沉降等原因，漏水、爆管、断水等事件数次发生，县城供水多次中断，导致全城停水，对供水居民和单位用户的正常生活生产造成严重的困扰，无法满足县城正常用水的需求，解决城市供水问题迫在眉睫。

2015年经县批准实施太谷县集中供水工程，县城规划人口15.67 万人，重新铺设的从庞庄水库至城区管网，供水保证率90%，供水管线日供水能力31 000 m3/d，年供水量920 万m3，考虑日、时变化系数，供水流量为0.39 m3/s。供水管线的取水口位于庞庄水库发电洞出口，从发电洞出口处接出后，沿乌马河河道右侧的滩地向下游铺设，在下游3.4 km 处跨省道，向西铺设管线，在回马村处新建水厂，出水厂后管线途经东郭里、南郭里、南杏林、西杏林、石象村，然后进入城分水口，在县城分水口向西铺设管线，经过山西农大校区，到达铭贤路后分成两支，一支向西与原DN300 供水管线相接，另一支穿过G108 国道与原DN400 供水管线相接。管道全长20 km。

2 管材选择

管道工程费用占工程总造价的40%～50%，前期决策工作是工程良好建设管理的基础，对工程效益发挥起着举足轻重的作用。根据工程设计输水管道管径规格DN600、DN700，管道设计压力1.2 MPa，在工程选择输水管材时，考虑当前国内市政供水管材生产使用情况，对目前供水工程使用较多的TPEP 钢塑复合管、球墨铸铁管、PCCP 管、玻璃钢管四类管材，分别进行管材性能综合比较，最后确定工程使用管材类型。

1）TPEP 钢管综合性能

TPEP 钢管是新型加强级防腐钢管，外壁采用热熔结缠绕底层环氧树脂、中间层胶黏剂、外层聚乙烯形成三层结构的外3PE 防腐涂层防腐层，内壁采用热喷涂环氧粉末防腐方式，将粉末经高温加热焰结后均匀地涂敷在管体表面上，形成钢塑复合层[1]。TPEP 钢管其力学特性是:（1）基体为螺旋钢管，并且是进行内外双重防腐预处理钢管，集钢管的承压能力和塑料的耐腐蚀能力于一体，外壁涂层耐磨耐磕碰耐酸碱，内壁光滑，摩阻系数0.0086，糙率低，水头损失小，在相同流量下所需TPEP 钢管比球墨铸铁管、PCCP 管口径要小。（2）机械性能高，挠度大，适应性强，能够在不同的地形条件下进行施工，适应复杂地形能力最强，可架空、埋地、穿路过桥。（3）承内外压能力高，抗水锤能力强，不易爆管，安全程度高。（4）卫生特性:食品级，可直饮，管道内壁采用纳米级环氧树脂粉末，涂层具有自清洁功能，内壁不结垢[1]。（5）单管长度12 m，可切割，接头少，管件比球墨铸铁管、PCCP 管少2/3，接口焊接，不易渗漏，牢固度高，抗震、抗塌陷能力强，管网整体性好，管体重量中，吊装轻便，安装方便，施工技术较成熟。管体挠度大，道路、山坡、河道等施工环境，或地下水位埋深较浅，管底高程低于地下水位时，可采用沟上焊接，管沟开挖断面小，方便施工，管道对垫层、回填土无特殊要求。（6）使用寿命:长达50年以上；使用寿命长，综合造价低，运营成本低，一次投入，免维护。（7）综合性能优，环保，节能，性价比高。

2）DIP 球墨铸铁管综合性能

DIP 球墨铸铁管是铸铁管的一种，是使用18 号以上的铸造铁水经添加球化剂后，经过离心球墨铸铁机高速离心铸造成的管材[2]，是一种铁、碳和硅的合金。球墨铸铁管道力学特性是:（1）球墨铸铁综合性能接近于钢，不仅保持了普通铸铁管的抗腐蚀性，还而且具有强度高、韧性好、壁薄、耐冲击、弯曲性能[3]较大等优点，摩阻系数0.013～0.014，糙率高，对于同样输水量、同等管径的管材，其沿程阻力就高，能耗值大，同时运行费用因耗电量大，也大幅度增加。（2）机械性能高，管道最大偏转1.5°，管体重量较大，吊装费力，在管道的弯头、三通管件和在斜坡上的管道承口后面使用混凝土墩，以阻止管内压力产生的推力。对垫层、回填土要求高。（3）外承压最高，内承压较低，抗水锤能力一般，不易爆管，安全程度高。（4）输水使用的球墨铸铁管采用锌加沥青作为外防腐形式，水泥内衬作为内防腐形式，在长期水流运动过程中，水泥砂浆衬易裂紋，产生水垢，对水质有一定影响。（5）单管长度3～6 m，重量较大，可切割，接口多；橡胶圈较多，受外力易产生错位、损坏或产生渗漏，球墨铸铁管由于自身重量较轻，采用柔性橡胶圈的接口进行管道接头，沿水平轴线安装有3°～5°的偏移角度空间，具有一定的抗震性，对基础的要求和抗不均匀沉降能力优于PCCP 管道。（6）运营成本:高，结垢缩径，增加能耗。（7）综合性能:良。

3）PCCP 管综合性能

PCCP 预应力钢筒混凝土管是由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成的复合管材，在带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，再在其上喷制致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管[4]。PCCP 管其力学特性是:（1）具有钢材和混凝土各自的特性，它充分而又综合地发挥了钢材的抗拉、易密封和混凝土的抗压、耐腐蚀性能，具有高密封性、高强度和高抗渗的特性。PCCP 管材耐腐蚀性能相对较差，在PCCP 管的钢套筒和钢制接头处的pH 值不同，接口处易腐蚀，成为潜在的爆管节点，管道摩阻系数0.013，糙率高，水头损失大，在相同流量下所需管径要大。（2）管道最大偏转1.5°，外承压能力最高，内承压较低，抗水锤能力较强，安全程度一般。（3）卫生特性:水泥内衬作为内防腐形式，易结垢，对水质有一定影响。（4）单管长度4～6 m，重量最大，不能切割，接口多，半柔性连接接头，水平偏转角度小于球磨铸铁管，承插口采用双胶圈材质密封，接口抵抗位移能力、抗震、抵抗地面沉降能力差，在外力作用下可能产生渗漏、错位、损坏，接口和在斜坡上的管道承口后面需加镇墩固定，对垫层、回填土要求高；适应地形能力差。（5）使用寿命:一般20～25年。运营成本:高，结垢缩径，增加能耗。（6）综合性能:良。

4）RPMP 玻璃钢管综合性能

RPMP 玻璃钢管是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为基体材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料[5]为填料而制成的复合管材。其力学特性是:（1）采用纤维缠绕的夹砂玻璃钢管道，耐久性好，具有优良的耐腐蚀性和较好的力学性能，内壁非常光滑，摩阻系数0.01，糙率低，水头损失较小，在相同流量下能耗值小。（2）材质轻，降低了吊装费用，管道挠度最大偏转3°，适应地形能力较差，运输较方便。（3）有一定的脆性，怕碰，怕摔，管道层间剪切强度低，内外承压较低，抗水锤能力低，易爆管，安全程度差。（4）管内壁不易结垢，但其内衬层破裂后，玻璃纤维进入水中，污染水质，卫生性差。（5）每根长度12 m，管体轻，接头少，比DIP、PCCP 管减少2/3 接头，采用双环橡胶胶圈密封承插连接，施工方便，当受到外力作用时，稳定性差，会产生如错位、渗漏、损坏等问题，接口需要镇墩固定。又因该管道产品敷设受土体影响，管沟底夯实后需做10～15 cm 厚中粗砂或碎石屑砂垫层，施工专业技术性强，费用高。（6）绝缘、防酸、碱、盐等腐蚀，抗静电，不生锈，不易老化，使用寿命中达50年以上。（7）运营成本:高；综合性能:一般。

3 结论

本工程地形地质条件复杂，管道线路长，坡度不一，高低起伏大，需穿过道路、山坡、河滩等，供水管道口径较大，管线顺地形埋设，埋设较深，对管道承受内压能力和抗外荷载水平的要求较高。玻璃钢管内外承压力低于TPEP 管、球墨铸铁管、PCCP 管，且玻璃钢管对基础及回填的要求较高，施工质量不易控制，TPEP 管、球墨铸铁管、PCCP 管性能较玻璃钢管具有优势。球墨铸铁管和PCCP 管造价相差不多，但性能较TPEP 管差，质量不能保证，TPEP 管虽然价格较球墨铸铁管、PCCP 管相对要高，但糙率小，耐久性强，运行维护费用低，在耐腐蚀和机械性能上不仅远大于球墨铸铁管、PCCP 管，而且管道使用寿命长，使工程中的投资成本和运营成本大大降低，综合效益最高，在长距离送水中尤为明显，经综合考虑选择TPEP 管做为输水管道。