遵化水平口湿地引退水管道工程管材比选探析

2022-07-18高彦君

水科学与工程技术 2022年3期

高彦君

（河北省水利规划设计研究院有限公司，石家庄 050021）

1 工程概况

遵化沙河水平口水源地保护工程通过建设人工湿地，保护引滦入津水源地上游水质，改善和提高水环境承载能力。遵化水平口湿地引退水管道工程是水源地保护工程的子项目，工程区沙河干流全长5km，水质不达标，右岸分别有水质优良的北岭河、魏进河汇入。为隔断沙河水污染，于工程区上游布置壅水建筑物，水位抬高后，通过沿沙河右岸布设引水管道，穿北岭河、魏进河后，至位于沙河、魏进河汇合口以下的人工潜流湿地进行净化处理，引水管线全长2120m，重力自流引水，单管布置，管径采用DN1100，如图1。为保证潜流湿地正常高效运行，定期对各湿地单元进行检查、维护，于沙河右岸滩地布设退水管道，退水支管布置于湿地各单元配水渠末端，支管汇集至退水干管，退水至水平口橡胶坝下游，全长650m，管径采用DN500。为保障潜流湿地效益最大化，选取技术可行、安全可靠、经济合理的引退水管材成为工程关键。

图1 工程布置概化图

2 输水工程管材技术分析

近几十年来，随着科学技术不断发展，管道输水工程在新材料、新技术应用方面有了长足进步，管道产品实现了多样化。目前可用于埋地输水工程的主要有钢管（SP）、玻璃钢管（FRPM）、球磨铸铁管（DIP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、预应力钢筋混凝土管（PRCP）、聚氯乙烯管（PVC）、聚乙烯管（PE）、钢丝网骨架PE管（SRTP）等各种管材［1-3］。实际工程中，不同外部环境和施工条件提出了对各种管材的不同需求，每种管材因生产工艺的差别，均有其自身的优劣性，管材本身不存在最优，在合适的条件下因材施用才是设计者考虑的关键［4］。结合国内管材生产和已建工程的经验，本工程选择常用的钢管（SP）、球磨铸铁管（DIP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）及玻璃钢管（FRPM）等4种管材进行技术比较分析，如表1。

表1 输水工程管材技术分析

3 引退水管材比选

3.1 管线布置场地分析

潜流湿地引水管道工程前期谋划过程中，地方政府反映永久和临时征地均困难，引水管线的布置只能在沙河右岸巡河路的征地范围内完成，即管路结合方案；引水管线还需穿越沙河右岸北岭河、魏进河两条支流，若采用顶管或定向钻穿越，对于DN1100的管道来说，施工难度大，且成本较高，最终结合两条支流的疏浚工程采用大开挖倒虹吸穿越方案；退水管线位于湿地下游的滩地绿化区域内，建设及运行期的限制因素较少；另外，引退水管道工程作为水源地保护工程的一部分，要求工期短，不能影响总体工程进度。

3.2 引水管材管路结合段选择

本工程引水管线主体采用管路结合布置方案，要求管材具备的主要性能是在运行期能够承受路面车辆荷载。DIP管是添加球化剂的18号以上铸造铁水经高速离心铸造而成，具有铁的本质、钢的性能，强度高、韧性好，可承受较高内水压力、覆土静荷载及地面活荷载；SP管由钢板或钢带经卷曲成型焊接制成，抗拉强度高，可承受极高内压和较高外荷载；PCCP管由嵌埋于高强混凝土内的薄壁钢筒和管芯外环向缠绕的一层或多层预应力钢丝复合而成，由于兼具钢材和混凝土的特性，辅以经计算缠绕的预应力钢丝，抗内外压能力均较高；FRPM管是以不同品种树脂为基体材料，玻璃纤维及其制品作为增强材料，石英砂和碳酸钙为填充材料，按特定工艺复合而成的管材，管材可承受较高内压，但抗外压能力较差；4种管材当中，DIP管、SP管、PCCP管均可满足运行期承受外荷载要求，而FRPM管管壁薄、脆性大，不满足外荷载要求。

从工程进度方面考虑，要求管材具备能够快速安装的特性。SP管现场施工焊接工作量大，安装进度较慢。PCCP管重量相对较大，需大型起吊机械，运输和施工相对不便。DIP管采用承插连接，安装简单方便，不易受天气影响，施工速度快；且DIP管滑入式柔性接口型式，结构简单、密封性好，再辅以管材良好的可挠性和伸缩性，可适应地基在运行期承受外荷载而引起的不均匀沉降。

综上分析，引水管材管路结合段选用质量可靠、安装简便、承受外压能力强的球磨铸铁管。

3.3 引水管材穿越段选择

本工程引水管线穿越北岭河、魏进河两条支流时采用大开挖倒虹吸穿越方案，与北岭河基本正交、与魏进河斜交，管材应具备适应水平向和竖向转角的特性。DIP管、PCCP管、FRPM管3种管材规格固定，如定制工程所需转角的管材，投资将大幅增加。SP管生产工艺简单，制品规格多样，易于衔接，尤其是穿越河流、道路等障碍物、管道闸阀连接段、配套各种管材管件及管线弯折处具有明显优势。因此，引水管材穿越段选用可设计性强、加工灵活的钢管。

3.4 退水管材选择

退水管线布置范围为绿化区域，运行期除覆土外无其他外荷载，要求管材应具备快速安装和经济的特性。从快速安装方面考虑，DIP管和FRPM管均采用承插连接，易于安装，其中FRPM管由树脂、纤维、砂等非金属材料复合而成，同口径管材中重量最轻，单根管道长度最长，施工更加快捷，能大幅缩短施工周期。从经济方面考虑，对于DN500的退水管材来说，SP管综合费用为65.07万元/km，DIP管综合费用为60.61万元/km，FRPM管综合费用为44.25万元/km，费用最低。因此，退水管线选用安装简便、综合造价低的玻璃钢管。