广州市西江引水工程管材应用的探讨

发表时间:2011-03-15 16:24:01    阅读次数:4792
        [摘要]首先简要介绍广州市西江引水工程管材应用情况,接着对本工程的输水管材从管材性能、施工条件和施工要求、口径范围、管子制造能力及国内实际使用状况等方面进行技术经济比较,最后,指出本工程的输水管材的选择。
  [关键词]西江引水工程 钢管 球墨铸铁管 预应力钢筒混凝土管 玻璃钢夹砂管
  中图分类号:TB1文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0320061-01
  
  2010年广州市将举办第16届亚运会,为改善城市总体环境,提高城市供水水质和安全性,市政府建设广州市西江引水工程,以解决城市西北部水厂的水源及城市发展用水问题。在输水工程中,管道工程占70%以上的工程投资,而在管道工程中,管材费用至少占2/3以上。因此必须考虑管道材质的不同对管道工程的综合影响,在设计过程中需要对各种不同的管道材质进行比较,以选用合理的管道材质。
  一、工程概况
  广州市西江引水规模350万m3/d,工程总体系统方案为:自佛山市三水区西江思贤滘下陈村附近的西江取水,设取水泵站经中途泵站增压后送入配水泵站,再通过配水泵站增压后分别输送至江村水厂(40万m3/d)、石门水厂(80万m3/d)和西村水厂(100万m3/d),并预留今后新建北部水厂(100万m3/d)的水泵位置及管道接口。
  以佛山市三水区西江思贤滘下陈村取水泵站为起点,穿越北江、铁路、白坭水道后,至鸦岗村附近,主线长约48.7km,口径DN3600,双管并行。在鸦岗村附近设置配水泵站,管线出配水泵站后分为四路:一路向北预留接口(至规划北部水厂);一路向东,沿规划道路接入江村二厂(江村支线),管线长约12.7km,口径DN2400,单管运行;一路向南,沿广清高速公路、增槎路至卫生河附近折向西接入西村水厂取水泵站(西村支线),采用DN3200单管敷设,长度7.85km;另一路向南,沿广清高速公路、海口涌西-北侧敷设并连接规划道路至石门水厂(石门支线),其中与西村支线并行段长2.35km,采用DN2800单管敷设;后段采用DN2000双管并行敷设,长度2.75km。拟建西村水厂新取水泵站作为西村支线单管故障情况的备用泵站。
  二、管材比较
  选择管材的基本原则是:能承受要求的内压和外荷载;使用性能可靠,维修工作量少,施工方便;使用年限长;内壁光滑,输水能力可基本保持不变;能适合本地地质和各种实际情况的需要;造价较低。
  (一)管材特性比较。从水力条件而言,玻璃钢夹砂管最优,糙率系数为0.01,PCCP管居中,内衬水泥砂浆防腐的钢管和球墨铸铁管相当,糙率系数约为0.013。
  从管材的工程力学特点考虑,钢管适用性最强,钢管环向强度、弹性模量较高,可承受较高的内水压力和管顶外荷条件,能适应各种地质条件,一般情况下不需做管道基础处理;球墨铸铁管承受外压的能力比钢管差,道路以下埋深相对较浅时应做加固处理,球墨铸铁管为柔性接口,管道转弯处需设支敦,以防接口脱落;PCCP管是半柔性接口,它要求管道基础局部变形不应过大,在砂夹石的管基上应作砂垫层,在松软粘土层上应作砂夹石过渡层,使管道敷设过程中较少产生局部应力集中;玻璃钢夹砂管相对而言壁薄,为柔性管道,对基础与回填要求较高。
  (二)施工条件和施工要求比较。钢管及其管配件可工厂生产或现场制作,接口一般采用就地焊接,运输和施工安装方便。顶管施工工艺中钢管使用最为广泛。球墨铸铁管管材和管配件都需工厂定做,由于球墨铸铁管为外突型承插接口,所以不能采用顶管施工。玻璃钢夹砂管比重约为1.6左右,运输较为方便,管材及管配件需工厂定做,不如钢管方便,在长距离顶管中目前还没有应用实例。PCCP管自重最大,运输和安装较为困难。压力流长距离顶管也缺乏实际经验。
  (三)口径范围、管子制造供货及国内应用实例等比较。钢管设计制作方便,口径范围广。至目前为止,钢管在大量输水工程中得到了广泛利用,在长距离输水工程中钢管的使用积累了最为丰富的经验。
  我国城市供水管网中,铸铁管占80%以上,但口径多为DN300~1200mm之内。球墨铸铁管在大口径长距离引水工程中使用较少,南洲水厂原水管工程采用DN2200球墨铸铁管10km,迄今为止未因管道质量问题发生过事故。是成功经验。
  玻璃钢夹砂管国内已具备大中口径的生产能力(DN1600~DN3000),制造工艺为纤维缠绕型,但在城市给水工程中应用较少,以DN1600及以下口径较为成熟,大于DN1600以上实际应用很少。南洲水厂原水管工程采用DN2200玻璃钢管8km,迄今为止,曾发生两次爆管,温州市曹平至永强输水工程采用DN1200和DN1400玻璃钢管10.272km和16.568km,刚度10 000N/m2,1998年竣工后运行良好。1994年,长9km的大庆西水源至宏伟化工区所用DN800mm输水管线、1995年,长5km的自贡供水工程及北京市政工程约70km的DN900mm、DN700mm、DN600mm管线以及其它如杭州市区DN600mm主输水管线等均为玻璃钢制造。综合上述,用于给水领域的玻璃钢管道大多为中、小口径。

  预应力钢筒混凝土管(PCCP),国外已经发展了五十多年,以美国、加拿大两国的生产使用最为广泛。据有关资料介绍,国外实际使用最大口径已达6.4m以上。PCCP在国内的发展大约有10多年的历史,通过吸收消化国外的生产制造技术,从无到有,到目前为止,国内已建成了四十多条生产线,生产能力1000km以上,涉及管子规格范围从DN600到DN4800,适用工作压力最高达1.6MPa,最大覆土深度达10m以上。最近几年国内应用长距离大口径PCCP的主要工程有:南水北调工程中线北京段,使用管径4.0m的PCCP管单线长约55公里(双排管)尚未通水;山西省万家寨引黄工程,使用管径3m的PCCP管长约43.5公里,2003年10月26日通水投产;新疆乌鲁木齐洪水工程10公里倒虹吸工程,使用了管径2.8m的PCCP约15公里;深圳东深供水工程,使用了管径2.6m的PCCP长约9.5公里,2003年6月竣工,上述已竣工通水的工程迄今为止未因管道质量问题发生过事故。
  三、结束语
  从管材性能、施工条件和施工要求、口径范围、管子制造能力及国内实际使用状况等综合分析,适合的大口径管材(DN2400以上)有钢管和PCCP管。考虑到管线沿线总体来说交通运输条件较好,地质条件也可以满足大口径PCCP管的要求,且PCCP管埋管单位造价较钢管低,因此在DN2400以上的长距离输水工程埋管管材推荐采用PCCP管,穿越障碍如顶管和沉管的管材推荐采用钢管。
  
  参考资料:
  [1]戚盛豪、汪洪秀、王家华主编,给水排水设计手册,中国建筑工业出版社,2004年.
  [2]戚盛豪、冯一军、吴一蘩主编,室外给水设计规范,中国计划出版社,2006年.
  [3]严煦世、范瑾初主编,给水工程,中国建筑工业出版社,1999年.


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