论文导读:：推荐适合可供广州市西江引水工程使用的大口径输水管材。适合的大口径管材（DN3200以上）有钢管和PCCP管。比选。
关键词：西江引水工程，大口径管材，比选
广州市西江引水工程是列入国家《珠江三角洲地区改革发展规划纲要（2008―2020）》“建立合理高效的水资源配置和供水安全保障体系”的重点建设工程，也是广州亚运会配套的民生供水工程，其工程规模是除南水北调工程、上海青草沙工程外的又一国内特大型引水工程，取水设计规模为350万m3/d。主要建设内容有：取水泵站、配水泵站各1座，全长71.6公里管廊敷设2条各47.6公里的原水主干管，以及共计24公里的原水支管。目前我国在长距离输水工程中使用的大口径管材主要有钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）管、玻璃纤维增强塑料夹砂管（RPMP）、钢衬钢筋砼压力管，这五种管材在管材特性、输水安全性、施工难度及市场供应情况等方面都存在差异。本文以广州市西江引水工程为实例，对上述五种常用管材进行技术经济比较研究，从而选择出运行安全可靠、施工方便、造价经济的管材。
1 管材特性
1.1 钢管（SP）
钢管是在各行业应用广泛，具有较长的应用历史和丰富的使用经经验。城市供水用钢管通常选用Q235（中国普通碳素钢标准号）钢板制作，它的强度高，具有良好的韧性，管材及管件易加工。SP的主要特点有：
① 可设计性强。钢管的环向强度、弹性模量较高，可根据承受的内水压力和管顶外荷载条件，对钢管的刚度、强度和稳定进行计算，以确定适合的管径、管型和管壁厚度。
② 适用性强。能适应各种地质条件比选，一般情况下不需做管道基础处理；接口采用焊接，焊接质量达标情况下，不会发生渗漏；管道配件可按实际需要进行设计和制作。
③ 管道内、外壁需做除锈和防腐处理，长距离输水管线还可以辅以电化学保护，以延长其使用寿命。
④ 当内壁采用水泥砂浆衬里层时，其水力计算粗糙系数n值一般取0.013（曼宁公式）。
⑤ 在我国的大型长距离输水工程中，钢管被最广泛的采用。
1.2 球墨铸铁管（DIP）
球墨铸铁是一种铁、碳、硅的合金，其中碳以球状游离石墨存在。灰铁中，片状石墨对铁基质产生“割裂”作用，使之脆裂论文网。球墨铸铁中，球状石墨消除了这种作用。DIP的主要特点有：
① 具有较高的承压能力；密封性好；接口为柔性，抗震性能高。
② 具有良好的防腐性能；一般内防腐采用水泥砂浆，外防腐采用喷锌和煤沥青防腐漆。
③ 价格较高。
④ 中、小口径DIP（DN100～DN2200），在我国已具备大批量生产能力，因而使用广泛，但大口径国内生产厂很少。
1.3 玻璃钢夹砂管（RPMP）
全称为玻璃纤维增强热固树脂夹砂管（简称RPMP），主要有玻璃长纤维缠绕夹砂和玻璃短纤维离心浇铸加砂两种制造工艺和管型。RPMP在欧美等国家受到广泛使用，制定了完善的管道产品标准和工程设计、施工安装规范。我国的制造厂从1980年开始从意大利、美国等引进生产技术和流水线，国内也自行开发了生产工艺和设备。RPMP的主要特点有：
① 薄壁弹性管，其环刚度为主要控制指标，一般埋地管环刚度采用5000～7500N/m，特殊地段（穿越公路等）需采用10000N/m。
② 内壁光滑，设计粗糙系数n值一般取0.010（曼宁公式），同等管径比其他管材可输送更多的水量。
③ 承受内压高，缠绕式管型最大可承受水压达6MPa。
④ 不需做防腐层。
⑤ 重量轻。
⑥ 接口一般为承插口橡胶圈止水柔性接口，抗震性能较好。
⑦ 管道配件目前国内制造厂还没有流水线机械化生产能力，一般为手工制作。
⑧ 通常需做砂垫层管道基础，需保证管道两侧管槽回填料的密实度，一般控制在95%左右，因此，对于我国的南方地区一般需用砂回填，使工程费用提高。
⑨ 国内制造厂已具备大口径（DN1600～DN3000）的生产能力，但实际工程应用以中、小口径为主，缺乏大口径管道的使用经验。
1.4 预应力钢筒混凝土管（PCCP）
PCCP内部嵌置一层1.5mm左右的薄钢筒，在管芯上缠绕环向预应力，采用机械张拉缠绕高强钢丝，并在其外部喷水泥砂浆保护层。该管的特点是由于钢套筒的作用，抗渗能力好。管径范围：DN1400～4000，具有SP和PCP双重优点。PCCP的主要特点有：
① 高强度。由于复合结构的特点，国内应用的工作压力达2.0Mpa，覆土达12m。
② 高抗渗性。薄钢板起到高抗渗的作用比选，最优化地利用钢材和混凝土。
③ 高密封性。采用钢制套环和滑动胶圈接口，密封性得到保护。
④ 耐久性强。管体表面不需防腐涂料，而钢筒由水泥混凝土包裹，受到碱性游离石灰的保护，延长了寿命。
⑤ 接口尺寸精确。可使用限制接口（Restrained joint），可免去支墩，安装方便，加快了施工进度。
⑥ 一般不需养护，工程造价和维护费用低。
⑦ 重量大，为几种管材中最重，需做管道基础和修筑较高等级的施工运输临时便道，运输成本较高。
⑧ 管件（弯头、排水三通、排气三通）采用通常的钢制配件再在内外壁喷涂水泥砂浆论文网。
1.5 钢衬钢筋砼压力管
钢衬钢筋砼压力管道结构是近十几年发展起来的一种新型管道结构形式，它采用内衬钢筒来承受巨大的内水压力，而外包钢筋混凝土承受外荷载如汽车荷载以及覆土荷载等，因此它充分发挥钢材抗拉和混凝土抗压的材料性能，具有很大的刚度，国内外很多水利水电工程的大口径管道采用了此种管道结构形式。钢衬钢筋砼压力管由于外包混凝土比重较大容易满足抗浮要求，而适于浅埋。钢衬钢筋砼压力管所需要的基础处理要求基本与PCCP管相同，与PCCP管道相比，其主要特点有：
① 当管道埋深不受市政特殊要求时，仅考虑700mm覆土便可（个别地段经处理后外露亦可），从而可减少基坑深度，减少施工费用，有利于地下水位高和附近有建筑物的地段施工。
② 基坑截面较小，挖填土方量及征地宽度减少，施工难度减少。
③ 管材吊运的重量轻，大大减少吊车吨位和基坑边的施工荷载，减少基坑的支护用料和施工便道的等级。
④ 钢衬钢筋砼压力管两端要加肋环，保证对接焊口间的圆度，同时需增加中部活动内撑，以满足运输和浇筑混凝土时的刚度要求。
2 输水管道安全性
西江引水工程输水管道距离长，管径大，周边沿线经济交通繁忙，情况复杂，工程建成后将成为广州市的主要城市供水水源，因此必须选择安全性能高，寿命长的管材。
钢管环向强度、弹性模量较高，防渗性能较好，但是防腐性能差，使用寿命与输送的介质和管道周围的环境介质有很大的关系，如果设计时没有相应的防腐措施比选，施工、运行维护不当，则达不到预期的使用年限，且接口的焊接施工要求较高，现场焊接质量控制难度较大，以往发生的钢管爆漏事故中，损坏点基本都在焊口位置。
球墨铸铁管强度高、接口可靠，安全性能较好，但由于材料特性和生产工艺的限制，国内生产的最大规格为DN2600，不能满足本工程输水管径方面的要求。
夹砂玻璃纤维管的管壁强度低，机械强度差，抗冲击性差，尤其不宜设于剪力集中位置，对于长距离大型输水管工程安全系数偏低，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。同时由于玻璃钢管为柔性管，管道本身承受外荷载能力较差，所以对基础处理和施工回填要求高，实际施工时控制困难，易因施工质量影响工程总体质量。
PCCP管有良好的抗渗性及耐久性，由于构成PCCP的所有钢材都被密实的混凝土或水泥砂浆所包裹，经防腐处理得承口钢圈和插口钢圈安装后其外露部位均进行保护，混凝土或砂浆提供的高碱性环境使得包裹在PCCP内部的钢材纯化而不会发生腐蚀，因而使PCCP具有良好的防腐蚀性能，一般能达到60年以上。
经计算，钢衬钢筋砼压力管的内衬钢筒外包300厚钢筋砼结构在覆土深度为0.7米的情况下能够满足管道本身的强度、刚度、稳定等各项要求以及抗浮稳定。同时，由于外包混凝土的存在使得钢衬钢筋砼压力管的刚度较大，即使在汽车荷载与覆土荷载的共同作用下变形亦很小，满足管道的变形限制要求。
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