球墨铸铁管在长距离输水管线使用中的相关问题探讨—以云南某地长距离输水管线为例

杨 黎 罗 青 包 云

（1.云南省设计院集团有限公司，云南昆明 650228；2.云南省生态环境科学研究院，云南昆明 650228）

1.前言

长距离输水工程一般是指距离超过10km的用管（渠）道输送原水、清水的建设工程[1]。目前，焊接钢管、球墨铸铁管、夹砂玻璃钢管、预应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管、聚乙烯塑料管等输水管材在长距离输水工程中均有使用，由于各种管材的优缺点不同，因此在选择管材时一定要避开管材的缺点，选择合适的管材，若是符合要求的管材种类比较多时，可以优先选择安全、经济的管材[2]。

球墨铸铁管是由经过球化处理的优质铁水用离心铸造工艺生产的，强度高、耐腐蚀、韧性好、密封性能好，采用T 形承插式柔性接口，胶圈密封，安装方便，具有良好的可挠性和伸缩性，使用寿命长，在各种环境下，都不必进行特殊防腐处理[3]。

虽然球墨铸铁管具有上述优点，但在使用过程中也存在一些问题，如在设计施工过程中管道连接角度如何偏转、地形坡度较大时如何抗滑、如何使用镇墩及过河段如何考虑等问题，本文将结合实际长距离输水工程，对使用球墨铸铁管存在的上述相关问题进行初步探讨。

2.相关问题的提出

2.1 角度偏转

球墨铸铁管一般为6m 长度一根，有11.25°、22.5°、45°、90°等标准件连接弯头，其余角度弯头为非标件，需要专门制作，管道一般采用柔性承插式接口和弯头连接，由胶圈起密封作用。根据厂家及实际工程的使用，球墨铸铁管的柔性承插式接口处可以实现一定的角度偏转，T 形接口允许最大偏转角度如表1 所示。

表1 T 形接口允许最大偏转角度

柔性承插式接口连接处角度偏转是指两根管道相连时，通过承插口胶圈可以进行360°全方位偏转，角度的偏转可以减少弯头管件的使用，特别是管线之间角度没有标准弯头时，角度的借转可以实现管线成弧线敷设，从而有效降低管道的水损，有利于水流的输送。

2.2 自锚式球墨铸铁管或者使用镇墩抗滑

当使用球墨铸铁管跨越较陡的山坡时，由于球墨铸铁管自身的重力，可能会引起管道的下滑，一般会在管道承插接口处或者弯头处设置镇墩抗滑，如果管道管径较大，则设置的镇墩尺寸也较大，同时设置的镇墩数量也较多，不利于管线工作的设计，也不利于管线施工工作的快速开展。

目前，球墨铸铁管生产厂家根据上述情况生产了自锚式球墨铸铁管，自锚式球墨铸铁管是指管道的两端有自锚式结构，两根管道能相互拉扯，防止管道下滑。

2.3 过河段处理方式

当使用球墨铸铁管跨越河道时，由于球墨铸铁管管材自身的性能，一般采用埋地方式从河道底部进行穿越，但此种方法一方面施工难度较大，施工时要采用围堰施工，另外一方面后期运行检修管道较费时费力，河底的管道做为管线的最低点，容易被泥沙淤积，即使设置排泥井也不便于清掏。

3.工程案例的应用与探讨

本工程位于云南某地，管线为当地供水厂水源输送管线，管道长度约10.9km，通过计算管线管径为DN500 可满足水源输送要求，管材采用球墨铸铁管，管道大部分通过自然地形进行敷设，既要跨越河道，又要跨越地形较陡的山坡，同时根据建设方的要求，有些地段管线管位已设定，不能从其他地段进行敷设，地形情况较为复杂。

由于本工程中采用的角度偏转、自锚式球墨铸铁管及过河段较多，本文将选择上述工程中有代表性的管线段进行探讨。

3.1 角度偏转的应用与探讨

管线角度偏转段如图1 所示：

图1 管线角度偏转平面布置图

图中节点A—B、C—D、D—E 均为管线角度偏转段，其中节点A—B、D—E 管线角度偏转长度均为78m，13 根球墨铸铁管，每根管道之间的偏转角度均为1.5°；C—D 管线角度偏转长度为18m，3 根球墨铸铁管，每根管道之间的偏转角度均为2°；特别是节点D 处设置了一个11.25°的弯头，同时角度偏转了1.5°，所显示的角度为12.75°。上述管段的偏转角度均小于管道管径对应的最大偏转角度（3°）。

同时，从上图可以看出A—B、D—E 段管线弧线明显，若从节点A 到节点E 之间不通过角度偏转的话，则A—E 之间的管线走向会往下方偏移穿越等高线，不利于管道的施工，因此，通过角度偏转可以实现管道的较小偏移，按设想的管线走向进行敷设。

管道承插口处角度偏转多少跟设计单位或者设计人员的设计想法有关，有些设计单位或设计人员为了保证最大安全性，角度偏转一般不会采用最大角度，笔者认为偏转角度不要超过最大角度即可。

设计单位设计的偏转角度，很可能有些施工单位施工不那么精准，会导致偏转角度发生偏差，如果连续几根管道进行了角度偏转，其中一根管道偏转角度与设计角度不一致，那么会导致后续的管道偏转角度也与设计角度不一致，进而会使管线走向发生变化，因此，怎样在施工过程中控制偏转角度与设计角度一致比较关键。

3.2 自锚式球墨铸铁管段的应用与探讨

自锚式球墨铸铁管段或设置镇墩段如图2所示：

图2 自锚式球墨铸铁管段平面布置图

图中管线节点F—G—H—J 为设置自锚式球墨铸铁管段和设置镇墩段，其中，在设置45°、11.25°弯头处设置了镇墩。

管线节点F—G 段穿越的等高线较密，地形较陡，地形坡度为30°；管线节点G—H段穿越的等高线较管线节点F—G 段稀疏，地形较缓，地形坡度为6.38°；管线节点H—J段的地形坡度为3.34°。

考虑到节点F—G 段地形较陡，因此，在此段管线（管线长度为42m）采用自锚式球墨铸铁管进行控制，防止管道由于自身重力下滑；其余的管线G—H 段、节点H—J段坡度缓和，因此，除了在设置弯头处设置了镇墩，中间的管线均采用普通球墨铸铁管进行连接，在管线中间也没有设置镇墩控制。

根据笔者经验当地形坡度小于30°时，为防止管道下滑，在使用普通球墨铸铁管时可以在管线两端设置镇墩进行控制；当地形坡度超过30°小于60°时，自锚式球墨铸铁管可以使用，但应在管线两端和管线中间局部地段设置镇墩，确保管线的安全；当地形坡度超过60°时，从管线安全的角度出发，在使用自锚式球墨铸铁管的同时，在管道承插接口处和管线两端设置镇墩较为合理。

上述坡度的界限划分是否合理，需要生产厂家和设计单位进一步研究考虑。

3.3 过河段的应用与探讨

本工程过河段的处理方式如图3 所示：

图3 过河段平面布置图

图中管线节点K—M—N—L 为穿越河道段，穿越河道的管线长度为40m，为了输送安全，穿越河道段设置了两根管线，同时在节点M、N 处设置了阀门井进行控制，正常情况下水流从节点M—N 处流过，当节点M—N管线进行检修时，节点M、N 处阀门进行控制，启用节点M1—N1 管线进行水流输送，其管线剖面图如图4 所示。

图4 采用球墨铸铁管过河段管线剖面图

如前文所述，当采用球墨铸铁管埋地穿越河道时，存在施工难度大，后期运行检修管道费时费力等问题，笔者认为如能将穿越河道的球墨铸铁管改为焊接钢管，以管线上拱的形式穿越河道的话，管线的设置则只需设置一根管道即可（因为管线明敷，便于管线的检修），既节约了工程投资，同时也便于使用机械安装施工，采用钢管过河段管线剖面图如图5 所示。

图5 采用钢管过河段管线剖面图

4.结论和建议

（1）球墨铸铁管角度偏转的使用能有效减少管道弯头数量，降低水损，优化水流水力条件，但在偏转角度的选取上，有进一步优化空间，优化应以施工单位便于施工为目的。

（2）自锚式球墨铸铁管的使用，在一定地形坡度范围内能防止管道自身重力造成的下滑，但地形坡度界限的划分，需要再进行深入研究。

（3）球墨铸铁管跨越河道时，采用焊接钢管替代球墨铸铁管可能更为合理。

上述结论与建议只是球墨铸铁管在使用中存在一小部分问题，对于球墨铸铁管在长距离输水管线中的推广使用，重要的是管线使用单位和施工单位要将施工、运行中存在的问题与经验及时反馈给设计单位和生产厂家，不断完善改进产品及设计参数，便于球墨铸铁管的使用。