关于延安黄河引水工程输水管材选择的探讨

裴旭阳 徐辉 李睿

摘要：本文以延安黄河引水工程为例，通过对预应力砼管、预应力钢筒砼管、球墨铸铁管、自锚式球墨铸铁管、钢管和玻璃钢管优缺点的对比，综合考虑造价、可靠性、施工等因素的影响，得到管材比选的一般方法，最终确定最优管材。

关键词：引水工程；输水管材；球墨铸铁管

0引言

20世纪以来，随着各种新技术的不断发展，新的输水管道大量涌现，管材间的竞争逐年加剧^[1][2]。陕西省近年来新建了许多长距离输水工程，依据工程各自的水文、地质以及经济等实际情况，所用管材各异^[3][4]。究其原因，主要取决于管材自身的特征和适用性^[5][6]。本文以延安黄河引水工程为例，对管材经济性做一分析比对。

1工程概况

延安黄河引水工程位于延安市东北部，是以黄河和清涧河为取水水源的长距离引水工程。该工程由黄河和清涧河2个取水枢纽、9座泵站、黄延线、子长线、延长线和高清线4条输水管（洞）线、南河水库、康家沟事故应急水库、延水关泥沙处理站、高家湾和东川2个水厂等组成。工程全线长145.78km，根据现场条件的不同，分段采用了管径不等的球墨铸铁管、钢管等输水管道。

2不同管材综合对比

就近年来陕西省水利引水工程而言，根据各个大型引水工程的特点，所选用的管材主要集中于预应力砼管（PCP）、预应力钢筒砼管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）K9级/10级、自锚式球墨铸铁管（DIP）、钢管（SP）和玻璃钢管RR（RPMP）总共六种。各自优点和缺点如表1所示。

表1 不同管材综合比较表

管材类型	优点	缺点
预应力砼管（PCP）	承受外压能力强，承插接口为钢制，胶圈接口，对地基适应能力及抗震性能好，耐腐蚀性能好，安装方便，单价低，寿命长。适用于低压管道输水。	管道重量大，施工和维修管理不便，管道运输难度大，不能承担过高内压，管壁糙率较大。
预应力钢筒砼管（PCCP）	综合了钢管的高抗渗性和预应力钢筋砼管的耐久性的优点，可承受高内压和外部荷载，接头密封性好，承插接口为钢制，胶圈接口，对地基适应能力及抗震性能好，耐腐蚀性能好，安装方便，管道运行经济安全，寿命长。适用于大口径中低压管道输水。	管道重量大，施工和维修管理不便，管道运输要求高（尤其是对管道承口和插口的保护）。
球墨铸铁管（DIP）K9级/10级	刚度大，强度高，延伸性好，承受压力较高，采用橡胶圈接口，柔性较好，对地基适应性较强；耐腐蚀，安装方便，省工省力；寿命长，有标准配件，适用于配件及支管较多的管段，价格低于同口径钢管。适用于高中压管道输水。	脆性大，重量较钢管重，使用中压管道。
自锚式球墨铸铁管（DIP）	刚度大，强度高，延伸性好，承受压力较高，采用橡胶圈接口，柔性较好，对地基适应性较强；耐腐蚀，安装方便，省工省力；寿命长，由标准配件，适用于配件及支管较多管段，价格低于同口径钢管。适用于高压爬坡段管道输水。	脆性大，重量较钢管重，吊装运输难度大。
钢管（SP）	管材韧性好，耐压高，施工敷设方便，适应性强，接口灵活，安装方便，应用成熟，且抗震性能优，单位管长重量较轻。适合用于高压及地形复杂地段或管道复杂的厂区。	刚度小，易变形，焊接量大，价格高，并需对管道的内外壁进行防腐处理，寿命相对较短。
玻璃钢管RR（RPMP）	玻璃钢夹砂管道是一种玻璃纤维缠绕增强塑料复合材料管，与钢筋混凝土管、钢管、铸铁管相比具有内壁光滑、防渗效果好、耐腐蚀、重量强、强度高、运输安装方便等优点。	对管床基础要求高；承外压冲击能力较差。

3管材确定原则

根据以上各种管材优缺点，综合造价、可靠性、施工等因素，确定管材原则如下：

（1）PCCP虽运输较困难、施工吊装难度大、但对于大管径、中低压管道价格适中，管基经处理后也能适应不同地质条件，对工程规模较大的骨干性输水工程，优势明显。故本次设计对直径大于1.2m的大管径、中低压管道优先采用该管道。

（2）DIP价格适中，连接方式为承插式，施工方便，最大压力可达4MPa，工作压力一般为1-2.5MPa，可满足供水线路高工作压力的要求。综合考虑供水、可靠、经济等多方因素，对直径小于等于1.2m的中小型管径、中高压管段优先采用该管道。

（3）SP虽然价格高，但具有耐高压、韧性好的特点，在大口径供水管道中采用砂浆内衬时也可解决耐腐蚀问题，小口径内衬砂浆喷涂加工难度较大，成本较高。本次设计结合输水管道压力及管基处于湿陷性黄土地基的情况，对于泵站进出水管、水厂厂区以及连接困难管段宜选用改管道。

（4）RPMP虽价格较低、水力条件及耐腐蚀性较好，但由于本工程地形地质条件复杂，大多位于埋深较大的河滩，穿越主河槽段、湿陷性等级较高的地段较多，又是单条管道布设，且大部分为泵后出水压力管道，水力过度复杂多变，从安全性出发不宜采用。

（5）PCP价格较低，对低压管道优势明显。但由于多为泵后压力出水管道，而且压力较高，该种管道管口制作质量较差，从安全角度出发也不宜采用。

该引水工程供水点多、线长、面广，地形地质条件差异大。因此，管材的选取除应根据上述原则确定外，还需结合不同管径、管压、地质条件、运行条件，综合其可靠性、经济性、合理性分段进行经济比较确定。

4具体线路管材确定

延长线从黄延线甘谷驿镇处分水，管线沿延河滩地至延长线工业园，长2.6km。管径DN600，最大管压2.5MPa，最小管压1.6MPa，该段线路地形条件相对简单。地质条件局部为非自重湿陷性黄土，其余为砂砾石。考虑管径小、管压高，该段管道全部采用DIP管材方案。

高清线从清涧河取水低坝引水，由4台潜水泵将原水加压至高位水池，再沿清涧河滩地敷设DN800管道自流输水到高家湾水厂。输水线路总长7.38km，主要目的是将清涧河水源水输入到高家湾水厂，以满足系统水量要求。由水源至水厂压力较小，设计管压为0.6MPa。适宜管材可选PCCP、DIP两种，虽PCCP管材较为便宜，但考虑该处地址条件较为复杂，对小管径PCCP管生产、安装等优势不明显，因此，选用DIP管材方案合理。

该工程洞中管共6条隧洞，洞内供水管均采用明敷。不同管材的水力学特性、耐久性、安全性、经济性、施工难易等方面各不相同。大树塬隧洞、十里山隧洞、双峁子隧洞供水管道工作压力超过1.0MPa，选用钢管；文安驿倒虹等过河倒虹均选用钢管；姚家山隧洞（洞内置双管道）、南河管桥（桥上置双管）、薛家沟隧洞、文安驿隧洞供水管道均为低压供水，管径DN1200-DN2000，进行钢管、球墨铸铁管、钢筒混凝土管及玻璃钢管等四种管材比较，以DN1200，管内压1MPa钢管进行比较，钢管和球墨铸铁管价格接近，钢筒混凝土管价格稍低，钢管价格适中，具有耐高压、韧性好、易腐蚀的特点，管壁相对较薄、管段较长、易安装、不会漏水，又有重量轻、运输方便、接头少的特点，而且即使其局部出现损坏，发生爆管，也可采用钢板瓦片进行修补，容易施工。综合比较后选用钢管。

5结论

延安黄河引水工程是一个长距离输水工程，沿线情况复杂多变。在确定管材时不仅要考虑管材自身的材质特性，还要结合工程规模、地质条件、运输及安装条件、现场安装便利性以及后期运行维护等多种因素，从技术先进性、可靠性、经济性、施工便利性以及耐久性等多个方面充分论证比较，最终选取合适管材，在保证工程质量的前提下，节约投资并充分发挥工程效益。

参考文献

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