寧 宇 蔣 奇 周志華

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院 北京 100048）

1 工程規(guī)模

永定河循環(huán)管線工程主要是為永定河綠色生態(tài)走廊建設(shè)工程修建循環(huán)管線，以保證維持河道水質(zhì)的循環(huán)用水及永定河3塊濕地的備用水源。

本工程在永定河右岸建設(shè)3座泵站，由每座泵站鋪設(shè)循環(huán)管線向上游供水。泵站分別設(shè)置在門城湖、蓮石湖、宛平湖的下游。門城湖循環(huán)管線供水規(guī)模為4萬m3/d，管徑為DN800mm。蓮石湖循環(huán)管線供水規(guī)模為8萬m3/d，管徑為DN1000mm。宛平湖循環(huán)管線供水規(guī)模為 15萬 m3/d，管徑為DN1400mm。管線主要布置在河底，設(shè)計管頂覆土深1.5m，循環(huán)管線大部分埋置于永定河右岸距右堤堤腳約10m左右的河道灘地內(nèi)。

2 幾種管材的介紹

輸水工程中，管材的選擇應(yīng)從工程的規(guī)模、安全性、所處環(huán)境的水質(zhì)狀況、地形，地質(zhì)、外荷載狀況、施工工期要求、經(jīng)濟等方面進行全面分析比較后確定。

國內(nèi)目前用于埋地壓力管道的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻纖增強樹脂夾砂管（玻璃鋼管）、聚乙烯（PE）管、鋼塑復(fù)合管。但一般而言，預(yù)應(yīng)力混凝土管抗?jié)B性能差，修補率高，管體笨重，工作壓力低；而PCCP管根據(jù)經(jīng)驗適用于大管徑、工壓高的情況。

本工程僅對球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼塑復(fù)合管、3PE外防腐鋼管4種管材進行比較。

（1）球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有高強度、高延伸率，且硬度低，近些年廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)的供水、輸氣，在建筑領(lǐng)域里占有重要地位，這主要體現(xiàn)在：

①原材料資源豐富，并可再生利用；

②經(jīng)濟可靠，耐腐蝕，壽命較長；

③隨著技術(shù)進步，性能的不斷改進，方便現(xiàn)場施工；

④滑入式柔性接口具有結(jié)構(gòu)簡單，密封性較好，承口考慮了橡膠圈的定位和偏轉(zhuǎn)角問題，能適應(yīng)一定的基礎(chǔ)變形。

不足之處是管道接頭較多，單管重量大，施工工期很難保證。25

（2）玻璃鋼管

玻璃鋼管也稱玻璃纖維纏繞夾砂管。主要以玻璃纖維及其制品為增強材料，以高分子成分的不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂等為基體材料，以石英砂及碳酸鈣等無機非金屬顆粒材料為填料作為主要原料。玻璃鋼管（玻璃纖維增強熱固樹脂夾砂管）的特點是有較強的耐腐蝕性，水密封性也較好，而且糙率小、不結(jié)垢，重量輕，施工性能好，造價低，但是穩(wěn)定性不高，國內(nèi)雖有眾多制作廠家，但規(guī)模均偏小，管材生產(chǎn)的質(zhì)量難于控制。管材本身屬于硬脆性材料，容易受到集中力而破壞。

（3）鋼塑復(fù)合管

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內(nèi)涂熔結(jié)環(huán)氧外涂熱熔聚乙稀鋼塑復(fù)合管，該管材為新型管材，國家推薦節(jié)能環(huán)保材料，其綜合了塑料輸水管和鋼管的優(yōu)點，輸水質(zhì)可達到國家標(biāo)準(zhǔn)（JG58-1995）。目前已有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該管具有內(nèi)壁光滑糙率低、良好的強度、耐腐蝕性、衛(wèi)生性能好等特點，而且還具有適應(yīng)各種復(fù)雜的地形、抗震性能良好、運輸方便、施工快捷等優(yōu)點。鋼塑復(fù)合管主要特點是保留了鋼管的傳統(tǒng)優(yōu)點，并有效解決了管道的內(nèi)外防腐問題，但施工中的管道連接處的焊口防腐處理工藝要求較嚴(yán)格，造價較高。

（4）3PE外防腐鋼管

鋼管作為輸水管材，應(yīng)用歷史較長，范圍較廣，鋼管強度高、抗?jié)B性能強、有良好的耐久性，而且能夠適應(yīng)復(fù)雜地形、抗震性能好、承壓能力強、重量較輕、運輸方便、價格較低，并且可回收利用。但是，鋼管需要進行比較復(fù)雜的內(nèi)、外防腐處理，施工時組合焊接工作量大。3PE外防腐技術(shù)的應(yīng)用使鋼管外防腐制作更加標(biāo)準(zhǔn)化，防腐質(zhì)量更有保證，并且在焊接接口處有規(guī)范的補口工藝。管道三層PE防腐結(jié)構(gòu)：第一層環(huán)氧粉末（FBE＞100μm），第二層膠粘劑（AD）170~250μm，第三層聚乙烯（PE）1.8~3.7mm。三種材料融為一體，并與鋼管牢固結(jié)合形成優(yōu)良的防腐層。適用管徑范圍 Φ60～Φ1420，壁厚范圍2.5~18mm之間。其特點：機械強度高、耐磨損、耐腐蝕、耐熱、耐冷、可應(yīng)用于 150°介質(zhì)中，在寒冷地帶均適應(yīng)。

綜合而言，它的優(yōu)點如下：①PE防腐管道具有極高的密封性，長期運行可大大的節(jié)約能源，減少成本，保護環(huán)境。②很強的耐腐蝕能力，施工方便，使用壽命長。③在低溫條件下也具有良好的耐腐蝕和耐沖擊性，PE吸水率低（低于0.01%）。④同時具備環(huán)氧強度高，PE吸水性低和熱熔膠柔軟性好等，有很高的防腐可靠性。

缺點是：與傳統(tǒng)的環(huán)氧煤瀝青或石油煤瀝青外防腐材料成本相比，費用高。

綜上所述，對球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼塑復(fù)合管、3PE外防腐鋼管進行了分析比較（表1）。

表1 四種管材綜合比 表

實踐和理論表明，對埋地輸水管道而言，管道腐蝕主要來自于外壁，內(nèi)壁腐蝕較小，外壁腐蝕因素主要有酸堿化學(xué)腐蝕，細菌腐蝕，電化學(xué)腐蝕等。特別是電化學(xué)腐蝕對埋地管道影響較大。就目前而言，3PE防腐鋼管是埋地鋼制管道的最佳防腐層。

針對本工程埋地管道受到較強腐蝕的特點，采用3PE防腐鋼管有它的特殊性和合理性。在表1中可以看出雖然防腐蝕費用有所增加，但是這種防腐層經(jīng)受得住長途遠距離的運輸，另外現(xiàn)場補傷費用的減小，使得工程一次投資費用并不會明顯增加。而且涂敷工藝簡便快捷，得以應(yīng)對緊張的制作工期，大大提高了施工效率，使工程可以順利完成。3PE防腐管道的運行年限可達60~80年以上，使用壽命是其他管材所不能與之相比的，并且可以實現(xiàn)生產(chǎn)全過程連續(xù)機械化，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，有利于全面質(zhì)量控制。

為適應(yīng)大口徑鋼管的3PE防腐生產(chǎn)，許多的新工藝和新技術(shù)運用到其中，并且逐步得到推廣，使得3PE防腐生產(chǎn)的資源消耗大為降低。可見3PE防腐鋼管的先進性。

永定河循環(huán)管線工程鋪設(shè)了總計約22km的鋼管，管徑由DN500至DN1600，在施工招標(biāo)階段，工程設(shè)計組與北京市水利建設(shè)管理中心一同考察了鋼管制造、防腐廠家。經(jīng)過對施工質(zhì)量、技術(shù)指標(biāo)、制作周期、投資各方面比較，最終選擇了螺旋鋼管（以帶鋼卷板為原材料，經(jīng)常溫擠壓成型，以自動雙絲雙面埋弧焊工藝焊接而成的螺旋縫鋼管）：外防腐采用3PE（擠壓聚乙烯）；內(nèi)防腐采用液體環(huán)氧涂料。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的鋼管防腐技術(shù)主要采用水泥砂漿內(nèi)防腐，環(huán)氧煤瀝青外防腐，制造復(fù)雜，質(zhì)量不易保證。本工程采用的先進防腐技術(shù)在我國的石油化工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

目前，3PE防腐鋼管在國際上被認(rèn)為是最先進的管道外防腐技術(shù)。但是在我國水利領(lǐng)域應(yīng)用較少。應(yīng)用新型鋼管防腐技術(shù)，通過防腐工藝的更新提高了輸水效率，保證了工程質(zhì)量，縮短了施工時間，將成為今后管道外防腐層的發(fā)展方向。