长距离输水工程管材性能分析研究

长距离输水工程管材性能分析研究

姚园园

(山西省漳河水利工程建设管理局，山西长治046000)

[摘要]长距离的输水工程管材的投资比例，占总投资的55%〜75%。考虑输水线路、管线附属建筑物、泵站位置等影响 因素，对常用？〔？、？^?、0正^只?麗、3卩等5种管材，根据其特性和优缺点，论证每种管材的适用条件，选择适合改扩 建输水工程的管材。

[关键词]输水工程;管材;性能分析[中图分类号]TV672+.2

[文献标识码]C

[文章编号]1004-7042(2017 )09-0014-02

随着我国工业用水、农业用水、饮用水的需求量 不断增加，长距离输水工程在全国范围内大批兴建。 在长距离输水工程中，管材投资比例可占总投资的

55%〜75%。输水线路、管线附属建筑物、泵站位置等因 素，影响管道材质的选择。输水工程中经常使用的管

数据，准确计算出承受的内水压力和管顶外荷条件， 继而依据钢管的刚度、强度，计算出准确的管壁厚度。

使用寿命长。将管道内、外壁按规范要求进行除 锈和防腐处理，对长距离输水管线辅以电化学保护， 会极大增加钢管的使用寿命，提高工程的经济效益。

基础适应性强，无需做多余的基础处理。接口采用焊接，较其他管件相比防渗性、对抗沉 降性更好。

钢管可以根据设计的布置图要求，制作出准确的 弯头及配件，便于施工安装。

2.2 (球墨铸铁管)特性

PCP)、预应力钢筒混

凝土管（PCCP)、球墨铸铁管（DIP)、玻璃钢管 (FRPM)、钢管(SP)等。

道材料有预应力钢筋混凝土管(1

管材

我国在50年代使用

PCP管较多，其缺点是生产工

PCCP

序多，易产生次品，使用过程中易出现质量问题，如爆 管、渗漏等，维修难度大，现已很少使用。管已有 70多年的应用历史，具有经济性能高、寿命长、抗震性 好、运行维护费用较低、安装方便、适用范围广等特 点。由于钢材造价较高，长距离输水管道一般不采用 管，工程中使用管应注意防腐。管身比

DIP

球墨铸铁是铁、碳、硅合金，球墨铸铁管主要特 点，具有较高的承压能力;通过水泥砂浆做内防腐，喷 锌和煤沥青防腐漆做外防腐，球墨铸铁管具有良好的 防腐性能；密封性好；接口为柔性，抗震性能高；大 管径球墨铸铁管价格较高

般使用的管径范围为

SPSPDIPPCCP

轻，连接方便，但配件缺乏，如果由灰口铸铁管件代 替，则影响管线质量;此外，随着管径增大，价格升幅 比例过大 800以下的管道性价比较高

，DNDIP。FRPM

DN 100〜DN 2200。

2.3 FRPM(玻璃钢管)特性

离心浇铸加砂。

，一

玻璃纤维增强塑料夹砂管简称玻璃钢管，根据制 作方法不同分为玻璃长纤维缠绕夹砂和玻璃短纤维

玻璃钢夹砂薄壁弹性管，其外压承受能力较差， 所以在设计过程中主要以环刚度作为控制指标，埋地 管环刚度采用5〜7.5 米用 10

管管身较轻、强度高、耐腐蚀，运输、安装、连接方便， 但价格较高，刚性低，对沟槽的开挖回填标准要求高。

2管材特性

辛安泉改扩建工程供水对象为城乡居民生活、工 业和灌溉。项目路较长、工压高、管径较大、保证率 要求高，对工程管材的安全性、抗外环境不利因素性 能、耐久性等设计标准均高。综合比较5种管材，分析 每种管材的使用特性。2.1 (钢管)特性

kN/m。

kN/m特殊地段(穿越公路等懦

，

特点是内壁光滑，过水性较好;承受内压一般，适 用性受限;不需做防腐层；重量轻，施工吊装、运输 方便。

接口处理方法为采用承插口，承插口上安装橡胶

SP

可设计性强。可根据钢管环向强度、弹性模量等

1141山西水利

圈止水，抗震性能较好。管道配件生产能力差，周期 长，不利于大型工程及工期有要求的工程使用。

施工要求高，基础压实度要求高（一般在95%以 上），质检要求高，对工程质量依赖性较大，使工程费 用大幅提高，不利于降低成本。虽国内制造厂已具备大口径

(DN 1600~DN 3000)

的生产能力，实际工程应用以中、小口径为主，缺乏大 口径管道的使用经验。2.4 PCCP

(预应力钢筒混凝土管)特性

预应力钢筒混凝土管，由内部嵌置钢筒、缠绕在 管芯上的环向预应力高强钢丝、外部施喷水泥砂浆 层DN、内部混凝土层构成，特点是管径范围广

（N 800~

4000)，抗渗能力好;承受内、外压较高;耐腐蚀性

能好，除接口处一般不需作内外壁防腐处理，寿命长。采用承插口连接，可采用单、双橡胶圈止水，密封 性能高，接口带有试压孔，双胶圈止水安装后可逐-

接头试压。重量大，运输成本及吊装成本较高。配件 (弯头、排水三通、排气三通)采用钢制配件，需进行防

腐处理。

对软土地基，需做管道基础，工程造价和维护费 用较低。2.5 PCP

(预应力钢筋砼管）

预应力钢筋砼，采用承插式胶圈柔性接口，适 应各种地质条件下的地基，施工安装便捷，防腐能力 较强，不需要做内外防腐，工程投资较少。缺点是承插 接口的加工精度无法保证，渗漏较严重;重量较重，运 输不方便，输水安全性能低。

3管材比选

根据工程实际管径和工压情况，选取五种规格管 材进行造价比较。3.1性能比选

依据管材的糙率、输水能力、抗内压、抗外荷载、 抗雛、密封性等特性，对5种管材分析比较(见表1 )。

比较可知，钢管的抗外荷载性能差，玻璃钢管、预 应力钢筋砼的抗外荷载性较差。辛安泉供水改扩建 工程的管道施工均是地下埋设，施工环境复杂，需承 受较高的内、外压，不适于使用以上3种管材，预应力 钢筒混凝土管与球墨铸铁管的各项性能符合本工程 的需求。

3.2造价比选

管道的材料不同，造价相差较大，本工程是长距 离输水管线，管道投资占总投资比重较大，需选用经 济指标较高的管材。长距离输水工程，常用的5种管材 不同管径的造价比较见表2。

山西水利

试验研究_2017年第9期

表1管材性能比选表

管材SPPCCPDIPFRPMPCP单节管长

/m8~205-66125-6糙率

/n

0.0093­0.0114

0.0115­0.013

0.010­0.012

0.0085­0.009

0.012­0.014

输水能力高较高较高高较高抗内压强较强较强一般一般抗外荷载差

好

较强

较差

较差

柔性管抗 刚性接头， 抗地

柔性管抗刚性管，柔

基沉陷

沉陷能力 柔性接口， 柔性管，对

沉陷能力地紐回填 性接口，适 强适应能力

强强

要求高应能力较

强抗腐性

需防腐

防腐蚀性 防腐能力 较强防腐能力强防腐能力能好较强

接头安装

承插口，双 承插口，单

分柔性接 接头密封复杂，焊接

较多，抗渗 胶圈，抗渗 胶圈，抗渗 头、刚性接 柔性接口， 头，抗渗较 抗渗较差好好

较好好内壁光滑

内壁光滑

水质卫生食品级内

衬无毒不结垢，不

不结垢，不 满足水质卫 内壁较光 形成瘤节

生长微生 生要求滑，易接垢

物进行局部 安全性高，

替换整节 快速检修修复时间 合拢管处

管子时间 替换整节管安全性较

较短理接头需 子时间较长差，替换时

3~7d较长间较长耐久性30 a

超50 a50 a50 a

30 a

口径较大 口径较小

价格

高

时价格相 时价格有

低

低

对低

优势表2管材造价比较表

元/m

管径/mm

指标DN 2000DN 1600DN 1200DN 800工作压力/MPa

1.02.02.00.6DIP/4 9842 7791 103SP

8 4005 8634 3831 948管型

PCCP4 3003 6102 807/FRPM/2 8741 757804PCP

/

/

2 050

780

由表2可知，玻璃钢管、预应力钢筋混凝土管的造 价较低，钢管的造价最高，预应力钢筒混凝土管与球

墨铸铁管的造价较高。

通过对管材的性能、造价比选得出：的造价高、 抗外荷载性能差、防雛能差;

FRPM的费用较低、糙

率较小、投资较少，但其抗内、外压性能较差、对地基 及回填的标准较高，根据工经验，在（下转第17页）

2017 年 9 月

15

山西水利

设计与施工_2017年第9期

管道渗漏的发生。

4压力管道渗漏之后的控制措施

4.1在管道的两个橡圈之间进行灌浆处理

时候，也应保证压的结实。施工结束后，将缝隙两边的 防护胶带撕下即可，但是要保证在24 之内不能受到

h

雨淋和水冲，以此来保证工程质量。4.3对管道接缝的表面进行粘贴

在管道内的接口表面，粘贴防水卷材就叫“贴”。 工程中大多采用混凝土防渗漏盖片。防渗漏盖

“灌”是指进行化学灌浆，将一些具有特殊的化学 浆材，利用管道接口打压试验孔灌入赚胶圈的缝隙 中，使其在缝隙中扩散、凝固[1]，借此来达到防止渗漏、 补充空白、增强强度以及加固等目的。在工程中使用 的化学灌浆材料是有一定条件的，首先，所选取的化 学灌浆材料应具有良好的可灌性，另外，材料的凝固 时间也可根据工程的进度和需要进行相应的调节。工 程中采用的大都是无毒的环氧树脂作为灌浆材料。

首先，用高压水枪把管道缝隙和接口处的沙子、 泥土等杂物清洗干净;其次，确保打压的气孔没有杂 物堵塞，使用管道接口的打压设备对管接口气孔进行 反复验证，然后用灌浆机把所选取的化学浆液进行注 入;最后，在填封结束72 h后才能够进行冲水的打压 试验。

4.2嵌缝处理

SRSR

片采用冷施工，无污染，可有效防止区域内渗水，增强 防渗漏措細可靠性3]。

5结语

在

PCCP管道安装后的通水运行过程中，受到管

PPCP管道的接口处出现渗

道圆度、地基及地下水位变化、安装间隙、止水胶圈等 不稳定因素的影响，导致了

漏[4]。通过以上方法进行治理的工程，几乎没有出现漏 水情况。事实证明，这种处理方法是科学合麵，施工 技术和工艺是成熟的。用上述方法进行的建设，施工 质量可靠，能够极大地节约工程时间和成本，并且缩 短工期，使工程能尽早投人使用。为相同类型的工程 渗漏处理积累了宝贵的经验。

[参考文献]

[1 ]杜玉柱，路明，郝毅等.长输管道接口漏水维修的实践与总结

[].给水排水，2008,34(2):105-106.[2] 张正荣.

“嵌”指的是沿着管内麵口的间隙槽，在槽中嵌 填弹塑或刚性止水材料，以达到封闭间隙的目的[2]。 一般情况下，变形的缝隙采用的是具有弹性的塑料止 水材料。

为防止在施工过程中把管道内部表面弄上杂物， 可在施工前把缝隙的两边贴上合适的防护胶带，既可 以防止灰尘，又能够避免多余聚硫胶的影响。清洁同 样也是必不可少的，用高压水枪把内部喷射干净用口 果多余的水分影响了其他的操作，可以使用喷灯将其 烘干。根据设计要求，在向接缝雌充背面的衬托材 料时，一般采用填充聚乙烯泡沫板。在涂双组的密封 胶时，应在接缝处先用密封胶涂抹一层，涂抹完之后， 再将密封胶嵌入缝道的中间使其达到规定厚度。另 外，操作时应尽量避免气泡进入密封胶中。涂抹胶的(上接第15页）地质与外界环境条件比较好的情况 下，效果较好;

算公式：

[

J

PCCP管道工程柔性接口施工技术[J].山西水利科

PCCP)在给

[J ].《管道技术与设备》，2001 (2): 30­

技，2010，（1):35-36.

[3] 新宇，马念尊，李杏敏.预应力钢筒混凝土管(水管道工程中的应用32.

任为，屈高见.

PCCP管道接缝防渗漏处理施工技术[.中国

筑物防水，2015(10)8-30.

[作者简介]张华（1988-)，女，2012年毕业于沈阳农业大 学农业水利工程专业，助理工程师。

[收稿日期]2017-07-14;[修回日期]2017-08-19

PCP的施工、安装方便，投资较少，但其

承插接口的加工精度难以得到保证，渗漏较大，安全 性较差，在国内长距离、管径较大的输水工程中很少

被采用;与的造价较高，抗内、外压、防腐、密

PCCPDIP

D=姨 4Q/仔v

式中:D---设计管道内径，m ;

Q---设计引水流量，m3/s;v---—道经济流速，m/s。

.

封性等性能高。辛安泉供水改扩建工程管道线路长， 施工环境复杂，管道内、外压较高，埋设较深，因此宜

选用与作为本工程的主要管材。

加压输水段管道，要准确比较管道的管径、工程 费用、泵站扬程、运行费用等经济成本，择优选取。

[作者简介]姚园园（1986-)，女，2012年毕业于华北水利 水电学院工程管理专业，助理工程师。

[收稿日期]2017-07-15;[修回日期]2017-08-19

PCCPDIP

4管径选择

选择工程输水方式的原则，充分利用输水娜高

差，采用有压重力输水方式，且管径要求最小。管径计

2017 年 9 月

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