方礦學(xué)

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.18.013

摘 要：我國北方水資源短缺矛盾日益突出，明渠調(diào)水又大量占用耕地，地下埋管的有壓管道輸水方式將會更多地在區(qū)域性的引水調(diào)水工程中采用。從南水北調(diào)配套工程的規(guī)模、工程成本、全壽命周期、地質(zhì)地形及工程的工期要求等各方面進(jìn)行綜合考慮，河北省邢臺市南水北調(diào)配套工程最廣泛地采用了DIP管道（球墨鑄鐵管）輸水方式，通過對DIP管的產(chǎn)品特性、制造工藝、管道工作壓力、安裝施工、壓水試驗(yàn)等進(jìn)一步研究和總結(jié)，以期為相近的引水調(diào)水工程積累經(jīng)驗(yàn)，提供一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：淺析 DIP管道 調(diào)水工程 運(yùn)用

中圖分類號：TU991.05 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（c）-0013-02

2014年12月18日南水北調(diào)中線河北段工程正式通水，每年分配到河北省邢臺市的3.33億m3水量通過南水北調(diào)配套工程從總干渠6個(gè)分水口門（由南向北依次是贊善、鄧家莊、南大郭、劉家莊、北盤石、黑沙村）通過輸水管道送到全市22個(gè)縣城及重點(diǎn)城鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)。根據(jù)河北省配套工程建設(shè)實(shí)施方案，邢臺市南水北調(diào)配套工程承擔(dān)非引黃覆蓋區(qū)（除清河、臨西外）18個(gè)供水目標(biāo)的水廠以上供水管道建設(shè)任務(wù)。邢臺市南水北調(diào)配套工程主要采用有壓管道輸水，地下埋管的形式，主要包括PCCP管道（預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管）、SP管（鋼管）、DIP管道（球墨鑄鐵管）和PE管道（聚乙烯給水管）等形式，其中DIP管道（球墨鑄鐵管）以其強(qiáng)度高、柔性接口、安裝方便、可適應(yīng)不同地質(zhì)條件等特點(diǎn)，被河北省邢臺市南水北調(diào)配套工程采用最為普遍。因此，該文對DIP管道（球墨鑄鐵管）的制作、安裝、穿越、壓水實(shí)驗(yàn)等施工過程和特點(diǎn)進(jìn)行分析，對相關(guān)的引水調(diào)水工程有一定借鑒意見。

1 DIP管（球墨鑄鐵管）產(chǎn)品特點(diǎn)

球墨鑄鐵管是鑄鐵管的一種。質(zhì)量上要求鑄鐵管的球化等級控制為1～3級（球化率≥80%），因而材料本身的機(jī)械性得到了較好改善，具有鐵的本質(zhì)、鋼的性能。退火后的球墨鑄鐵管，其金相組織為鐵素體加少量珠光體，機(jī)械性能良好，防腐性能優(yōu)異、延展性能好，密封效果好，安裝簡易。我國于20世紀(jì)90年代初期引進(jìn)，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其工藝技術(shù)已相當(dāng)成熟，它生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且鑄出的管道外表質(zhì)量好，在國內(nèi)外供水和輸氣管道中已得到廣泛應(yīng)用。

1.1 力學(xué)性能較好

目前常用的金屬管材有離心球墨鑄鐵管、灰鑄鐵管和鋼管，其力學(xué)性能的比較如表1。

由表1比較可知，離心球墨鑄鐵管其抗拉強(qiáng)度及耐壓性能和鋼管相當(dāng)，耐腐蝕性能優(yōu)于鋼管。與灰鑄鐵管相比其延伸率較高，具有一定的韌性，克服了灰鑄鐵管的脆性。

1.2 節(jié)省材料、節(jié)約資源

按GB/T 13295標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的離心球墨鑄鐵管與按GB 3422標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的普通灰鑄鐵管，其同種規(guī)格的離心球墨鑄鐵管比普通灰鑄管的平均重量要輕40%，且普通灰鑄鐵管的使用性能不如離心球墨鑄鐵管，因此使用離心球墨鑄鐵管可節(jié)省生鐵資源。

1.3 施工簡便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)

由于離心球墨鑄鐵管具有一定的強(qiáng)度和韌性，重量輕，因此在運(yùn)輸和安裝過程中破損率極低；而且安裝方式為承插式，標(biāo)準(zhǔn)管件，采用柔性接口，它較之前采用鋼管焊接或法蘭連接的方式，安裝更為方便快捷。

1.4 適應(yīng)性好，可靠性高

離心球墨鑄鐵管具有較高的承壓能力和一定的延伸率，又采用柔性接口，因此，供水輸氣的安全可靠性能得到提高。橡膠密封圈柔性接口允許有一定的軸向偏移角，一般為3°～5°角（S型最大偏移角為7°），因此，整條管線的柔性結(jié)構(gòu)性能，具有較強(qiáng)的抗震性能和防基礎(chǔ)塌陷的能力。

1.5 耐腐蝕性能好，使用壽命長

離心球墨鑄鐵管比其他材質(zhì)的管材，具有更好的耐腐蝕性能。管材與管件鑄造過程中在鐵水中加入少量的鎂，使得鑄鐵中的片狀石墨轉(zhuǎn)變成球狀，克服了片狀石墨對鐵基體連續(xù)性的阻止作用，消除了應(yīng)力集中現(xiàn)象。外防腐進(jìn)行噴鋅處理，最后進(jìn)行瀝青漆涂覆不低于70 μm，內(nèi)防腐采用水泥砂漿（8±2）mm。球墨鑄鐵管的使用壽命可以超過50年，是鋼管的2～3倍。

2 與其他管道工程的比較

在引水調(diào)水工程中，管道管材占投資的比重很大，因管材選用不當(dāng)造成事故或增加不必要資金的實(shí)例也較多，因此開展輸水工程管材的研究對節(jié)省投資、方便施工、安全運(yùn)行具有重大意義。在供水管線工程中，應(yīng)合理選擇管材的種類，從工程的規(guī)模、適用性、輸送介質(zhì)、工程地質(zhì)地形、工程的工期要求等各方面進(jìn)行綜合考慮，以確定管材的種類。

2.1 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，是一種新型的復(fù)合型管材。它是帶有鋼筒的高強(qiáng)度混凝土管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，噴以水泥砂漿保護(hù)層，采用鋼制承插口和滑動(dòng)式膠圈的柔性接頭連接，是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性。根據(jù)鋼筒在管芯中位置的不同，可分為兩種：內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPL）、埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPE），常用管徑為DN400～DN4 000。

主要優(yōu)點(diǎn)是承受內(nèi)外壓較高。由于PCCP管有內(nèi)襯鋼板，抗?jié)B能力強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)能夠承受較高內(nèi)壓，工作壓力0.4～2.0 MPa；其預(yù)應(yīng)力鋼絲可根據(jù)管頂覆土厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)，其抗外荷能力強(qiáng)，可達(dá)8 m以上；管材本身獨(dú)特的復(fù)合結(jié)構(gòu)，不易出現(xiàn)管身、接頭漏水及爆管現(xiàn)象。

主要缺點(diǎn)是較鋼管、玻璃鋼管重量大，運(yùn)輸和施工相對不太方便；相同管徑時(shí)投資較預(yù)應(yīng)力混凝土管高。施工安裝的同時(shí)須考慮陰極保護(hù)，且連接后為剛性接口，地質(zhì)情況不好時(shí)易發(fā)生不均勻沉陷。

2.2 鋼管（SP）

鋼管可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、承受內(nèi)壓能力強(qiáng)、抗軸向拉力大，整體性好，使用方便靈活。但其剛度小、易變形，且抗腐蝕能力較差，需要進(jìn)行內(nèi)外防腐，綜合造價(jià)高，適合在特殊地段局部使用。

2.3 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵是一種鐵、碳、硅的合金，其中碳以球狀游離石墨存在。近10年來國內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展極快，規(guī)格品種都很齊全，應(yīng)用日益廣泛。球墨鑄鐵管與其他管材相比具有的優(yōu)勢。

（1）抗拉強(qiáng)度高，是一般灰鑄鐵管的3倍；韌性好，延伸率高。

（2）承受內(nèi)外壓能強(qiáng)、有較高的抗震性能和密封性能。球墨鑄鐵耐壓強(qiáng)度為4～5 MPa。其接口為柔性接口，拆裝方便、承受局部沉陷的能力好。

（3）廠內(nèi)制造精確度高，耐腐蝕，安裝簡單快捷。

（4）DIP管安全性要遠(yuǎn)高于PCCP管。

主要缺點(diǎn)：大口徑球墨鑄鐵管管件管壁薄，承、插口端易變形；價(jià)格較高，一次性投資較大。

2.4 聚乙烯（PE）管

聚乙烯（PE）管不但具有塑料管的重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、摩阻小、不結(jié)垢、使用壽命長等優(yōu)異性能，它還具有特殊的柔韌性，極高的延伸率和獨(dú)特的熱熔焊連接方法，具有很多其他管材都不具備的優(yōu)勢。

PE管屬柔性管，伸長率、耐沖擊性能好，耐化學(xué)穩(wěn)定性和抗高頻絕緣性能良好，具有較高的強(qiáng)度及剛度，運(yùn)輸、敷設(shè)方便，連接時(shí)采用熱熔對接，可將管道連接長達(dá)數(shù)百米進(jìn)行彈性敷設(shè)及進(jìn)行非開挖穿越。

主要缺點(diǎn)：不宜用于熱水管道，宜用于工作溫度不大于40 ℃。在施工過程中遇到尖利物容易受劃痕而影響其壽命，價(jià)格較高，一次性投資大。不適宜大口徑長距離輸水線路施工。

3 結(jié)語

在水資源日益緊缺的華北地區(qū)，借助南水北調(diào)這一國家水資源平衡戰(zhàn)略的契機(jī)，在建設(shè)節(jié)水型社會的前提下，把調(diào)來的長江水通過引水調(diào)水工程的實(shí)施，滿足人民對水資源的需求。通過地下埋管的調(diào)水方式，節(jié)約了土地、避免了水污染和水流失，DIP管（球墨鑄鐵管）由于其技術(shù)成熟、安全性高、質(zhì)量可靠、使用壽命長、安裝方便、保證工期和節(jié)約投資等特點(diǎn)，在各種管材的對比中，經(jīng)過河北省邢臺市南水北調(diào)配套工程施工過程中廣泛地選用，對DIP管（球墨鑄鐵管）的制作、安裝、水壓試驗(yàn)、穿越道路等施工過程和特點(diǎn)進(jìn)行分析，對進(jìn)一步的引水調(diào)水工程有一定借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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