摘要：随着社会经济的不断发展，工农业和居民用水量也越来越大。为满足庞大的用水需求，以及实现水资源优化合理分配，兴建引调水工程已成为解决缺水地区水资源供需矛盾的重要举措。引调水工程的修建不仅能够缓解缺水地区水资源匮乏的矛盾，而且还改善了人们生产、生活的方式，并为当地人民带来了一定的社会经济效益。
关键词：大型引调水工程；输水管道管材；管径
引言
大型引调水工程一般引水线路长，流量大，地形地质复杂，投资大，合理选择输水管道、管材和管径，对保证工程质量和输水安全，提高输水效率，降低投资和运行费具有重要意义。
1管材选择
1.1预应力钢筒混凝土管（PCCP）
PCCP是由钢筒、混凝土、钢丝和砂浆构成的复合管材，钢制承插口与钢筒焊成一体，承插口的凹槽和胶圈形成了滑动式密封胶圈的柔性接头，带有钢筒的高强度混凝土管芯再缠绕预应力钢丝，最后喷射水泥砂浆形成保护层。PCCP具有强度高、抗渗性、密封性和耐久性好等优点，同时又具有自重大、刚度大等特点。常用管径范围为DN1200～DN4000，工作压力可达2.0MPa，在大口径长距离输水工程中具有很大优势。
1.2球墨铸铁管（DIP）
球墨铸铁指碳全部或大部分以游离的球状石墨形态存在，是将铁水经过球化处理及孕育处理而获得的一种铸铁。DIP是由经过球化处理的优质铁水用离心铸造工艺生产，管径通常小于DN2400，管长多为6m。DIP的沥青外涂层和水泥砂浆内衬的制作均在工厂生产线上完成，现场施工方便，不需要焊接和防腐处理。DIP强度和延伸率比SP大，具有强度高、抗腐蚀性、抗震性好和寿命长等特点，中小口径有很强竞争优势。DIP的刚度虽优于SP，但还是较PCCP差，这种差别在大管径管道的对比上尤为明显。DIP主要用于城乡给排水工程管道。
1.3玻璃钢夹砂管（GRP）
玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管（俗称玻璃钢管，GRP），其管壁结构为内外玻纤增强树脂层，中间为砂层的多层次复合管。GRP按生产工艺可分成两类，一种是离心浇筑增强树脂夹砂管，另一种是玻纤缠绕增强树脂夹砂管。GRP具有较强的耐腐蚀性，能抵抗酸、碱、盐等腐蚀性介质侵蚀；它内壁光滑，水头损失较小；重量轻、安装简便，安装运输费用低。GRP在国外已有几十年的应用历史，安装适当其使用寿命长达50年。但GRP的致命弱点是刚度差，深埋覆土后很难保证接口的圆度，安装施工必须极其精细和小心。
1.4钢管（SP）
SP因其具有优良的抗内压能力和良好的适用能力而成为使用历史比较长的管材。近些年SP有逐步被DIP、PCCP取代之势。随着SP的进一步发展和创新，我国已有工程开始尝试采用承插接口输水钢管。与传统SP相比，承插接口钢管将传统SP焊接、沟内对接施焊、现场防腐等工作均在工厂内实施完成，成品管道质量比传统SP更有保证。承插接口输水钢管具有了以下特点：1）敷设和连接方便，与DIP、PCCP一样，只需完成承插口对接密封即可。2）质量和寿命有了相应的提高。这种承插接口钢管的密封胶圈进入承插口工作面，通过压缩变形产生的反弹力实现管道密封连接。它能适应部分地基变化、管道的伸缩、弯折和不均匀沉降等，抗震性能良好。然而，大口径SP在生产、运输、施工过程中，始终存在容易变形状况。尤其是沟槽回填过程中，大量土方将直接覆压在管顶上，倘若管沟两侧密实度达不到设计要求，管道受力后会向两侧变形，其接口橡胶圈上下左右方向压缩比不一，存在一定隐患。更为担忧的是，这种变形过大将导致其内衬混凝土或砂浆开裂直接影响管道使用寿命，这正是SP达不到预期寿命原因所在。如何减少管道埋地后的变形问题，是制约SP进一步发展的重要课题。
面对众多的管材类型和性能各异的情况，如何选择合适的管材，满足工程需要，在工程设计中是必须考虑的问题，按照价值工程原理对管材方案进行优化筛选，选择满足工程功能要求、投资较低、价值高的方案。按照价值工程的程序，价值工程应成立价值工程小组，由各方面专家组成，价值工程工作过程，是一个对方案不断修改、完善、创新的过程，对功能进行分析，通过功能定义、分类、比较分析，绘制功能分析系统（图）表，输水管材功能定义为，技术上应满足内压、外压功能、摩阻系数、适应水锤性能、防渗性能、抗老化防腐蚀功能；材质上应满足水质、适应地基变形性能；施工运行方面满足制造、运输、安装、运行维护功能等。
2管径选择
管径选择主要满足输水流量和压力要求。同种管材管径不同，主要影响投资，水头损失。管径越大，管道投资越高，水头损失越小，反之亦然。对于用泵站扬水输水管道，在流量确定下，管径越大，水头损失越小，扬程小，管道投资大，泵站投资小，运行费用小。在选择管径时，一般采用最小费用法，计算各方案的费用现值（PC），在满足同等输水流量的情况下，费用现值较低的方案最佳。PC计算式为：
式中：CO为流出量，即费用，包括投资和运行费，ic为折现率。
南水北调配套工程中，有一段输水线路，通过泵站加压输水，输水流量0.7m3/s，输水管道长度39.6km，通过比选，采用球墨铸铁管材，根据输水流量，初步选择管径800mm、900mm、1000mm3个方案进行比选，不同管径技术经济指标见表1。
表1不同管径技术经济指标
工程建设期按2年，分年度投资每年50%，折现率按7%，按设计建筑物级别为3级，合理使用年限为50年，将各年投资和年运行费折现，计算各方案总费用现值，则各方案费用现值为：
DN800方案：
PC＝（9670.49/2）×（1＋0.07）-1＋（9670.49/2）×（1＋0.07）-2＋419.99×［（1＋0.07）50－1］/［0.07×（1＋0.07）50］×（1＋0.07）-2＝13804.91万元。
DN900方案：
PC＝(11014.38/2)×(1＋0.07)-1＋(11014.38/2)×(1＋0.07)-2＋219.54×［（1＋0.07）50－1］/［0.07×（1＋0.07）50］×(1＋0.07)-2＝12603.51万元。
DN1000方案：
PC＝(12913.67/2)×(1＋0.07)-1＋(12913.67/2)×(1＋0.07)-2＋124.09×［(1＋0.07）50－1］/［0.07×（1＋0.07）50］×(1＋0.07)-2＝13169.90万元。
计算结果，DN900管径方案费用现值最小，为最优方案。
结语
大型输水管道管材合理选择对工程质量和投资影响很大，管道管材选择涉及因素多，可供选择的管材类型多，有时难于取舍。此文论述了常用管材技术经济性能基础上，采用价值工程进行优选，既考虑了多因素的影响，又考虑了投资（成本）因素，选出的管材应是性价比高的方案。对管径选择，主要考虑初期投资和运行费用，使用考虑资金时间价值的最小费用法，直接简便，结果可靠。
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[4]闫飞.浅析PCCP管道安装工艺及质量控制方法[J].中国水运,2017,（8）.
论文作者:何俊颖
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/21
标签：管材论文; 管道论文; 管径论文; 工程论文; 方案论文; 现值论文; 费用论文; 《基层建设》2018年第32期论文;