楊 黎 羅 青 包 云

（1.云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，云南昆明 650228；2.云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明 650228）

1.前言

長(zhǎng)距離輸水工程一般是指距離超過(guò)10km的用管（渠）道輸送原水、清水的建設(shè)工程[1]。目前，焊接鋼管、球墨鑄鐵管、夾砂玻璃鋼管、預(yù)應(yīng)力混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、聚乙烯塑料管等輸水管材在長(zhǎng)距離輸水工程中均有使用，由于各種管材的優(yōu)缺點(diǎn)不同，因此在選擇管材時(shí)一定要避開(kāi)管材的缺點(diǎn)，選擇合適的管材，若是符合要求的管材種類(lèi)比較多時(shí)，可以優(yōu)先選擇安全、經(jīng)濟(jì)的管材[2]。

球墨鑄鐵管是由經(jīng)過(guò)球化處理的優(yōu)質(zhì)鐵水用離心鑄造工藝生產(chǎn)的，強(qiáng)度高、耐腐蝕、韌性好、密封性能好，采用T 形承插式柔性接口，膠圈密封，安裝方便，具有良好的可撓性和伸縮性，使用壽命長(zhǎng)，在各種環(huán)境下，都不必進(jìn)行特殊防腐處理[3]。

雖然球墨鑄鐵管具有上述優(yōu)點(diǎn)，但在使用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，如在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中管道連接角度如何偏轉(zhuǎn)、地形坡度較大時(shí)如何抗滑、如何使用鎮(zhèn)墩及過(guò)河段如何考慮等問(wèn)題，本文將結(jié)合實(shí)際長(zhǎng)距離輸水工程，對(duì)使用球墨鑄鐵管存在的上述相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行初步探討。

2.相關(guān)問(wèn)題的提出

2.1 角度偏轉(zhuǎn)

球墨鑄鐵管一般為6m 長(zhǎng)度一根，有11.25°、22.5°、45°、90°等標(biāo)準(zhǔn)件連接彎頭，其余角度彎頭為非標(biāo)件，需要專(zhuān)門(mén)制作，管道一般采用柔性承插式接口和彎頭連接，由膠圈起密封作用。根據(jù)廠家及實(shí)際工程的使用，球墨鑄鐵管的柔性承插式接口處可以實(shí)現(xiàn)一定的角度偏轉(zhuǎn)，T 形接口允許最大偏轉(zhuǎn)角度如表1 所示。

表1 T 形接口允許最大偏轉(zhuǎn)角度

柔性承插式接口連接處角度偏轉(zhuǎn)是指兩根管道相連時(shí)，通過(guò)承插口膠圈可以進(jìn)行360°全方位偏轉(zhuǎn)，角度的偏轉(zhuǎn)可以減少?gòu)濐^管件的使用，特別是管線之間角度沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)彎頭時(shí)，角度的借轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)管線成弧線敷設(shè)，從而有效降低管道的水損，有利于水流的輸送。

2.2 自錨式球墨鑄鐵管或者使用鎮(zhèn)墩抗滑

當(dāng)使用球墨鑄鐵管跨越較陡的山坡時(shí)，由于球墨鑄鐵管自身的重力，可能會(huì)引起管道的下滑，一般會(huì)在管道承插接口處或者彎頭處設(shè)置鎮(zhèn)墩抗滑，如果管道管徑較大，則設(shè)置的鎮(zhèn)墩尺寸也較大，同時(shí)設(shè)置的鎮(zhèn)墩數(shù)量也較多，不利于管線工作的設(shè)計(jì)，也不利于管線施工工作的快速開(kāi)展。

目前，球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠家根據(jù)上述情況生產(chǎn)了自錨式球墨鑄鐵管，自錨式球墨鑄鐵管是指管道的兩端有自錨式結(jié)構(gòu)，兩根管道能相互拉扯，防止管道下滑。

2.3 過(guò)河段處理方式

當(dāng)使用球墨鑄鐵管跨越河道時(shí)，由于球墨鑄鐵管管材自身的性能，一般采用埋地方式從河道底部進(jìn)行穿越，但此種方法一方面施工難度較大，施工時(shí)要采用圍堰施工，另外一方面后期運(yùn)行檢修管道較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，河底的管道做為管線的最低點(diǎn)，容易被泥沙淤積，即使設(shè)置排泥井也不便于清掏。

3.工程案例的應(yīng)用與探討

本工程位于云南某地，管線為當(dāng)?shù)毓┧畯S水源輸送管線，管道長(zhǎng)度約10.9km，通過(guò)計(jì)算管線管徑為DN500 可滿足水源輸送要求，管材采用球墨鑄鐵管，管道大部分通過(guò)自然地形進(jìn)行敷設(shè)，既要跨越河道，又要跨越地形較陡的山坡，同時(shí)根據(jù)建設(shè)方的要求，有些地段管線管位已設(shè)定，不能從其他地段進(jìn)行敷設(shè)，地形情況較為復(fù)雜。

由于本工程中采用的角度偏轉(zhuǎn)、自錨式球墨鑄鐵管及過(guò)河段較多，本文將選擇上述工程中有代表性的管線段進(jìn)行探討。

3.1 角度偏轉(zhuǎn)的應(yīng)用與探討

管線角度偏轉(zhuǎn)段如圖1 所示：

圖1 管線角度偏轉(zhuǎn)平面布置圖

圖中節(jié)點(diǎn)A—B、C—D、D—E 均為管線角度偏轉(zhuǎn)段，其中節(jié)點(diǎn)A—B、D—E 管線角度偏轉(zhuǎn)長(zhǎng)度均為78m，13 根球墨鑄鐵管，每根管道之間的偏轉(zhuǎn)角度均為1.5°；C—D 管線角度偏轉(zhuǎn)長(zhǎng)度為18m，3 根球墨鑄鐵管，每根管道之間的偏轉(zhuǎn)角度均為2°；特別是節(jié)點(diǎn)D 處設(shè)置了一個(gè)11.25°的彎頭，同時(shí)角度偏轉(zhuǎn)了1.5°，所顯示的角度為12.75°。上述管段的偏轉(zhuǎn)角度均小于管道管徑對(duì)應(yīng)的最大偏轉(zhuǎn)角度（3°）。

同時(shí)，從上圖可以看出A—B、D—E 段管線弧線明顯，若從節(jié)點(diǎn)A 到節(jié)點(diǎn)E 之間不通過(guò)角度偏轉(zhuǎn)的話，則A—E 之間的管線走向會(huì)往下方偏移穿越等高線，不利于管道的施工，因此，通過(guò)角度偏轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)管道的較小偏移，按設(shè)想的管線走向進(jìn)行敷設(shè)。

管道承插口處角度偏轉(zhuǎn)多少跟設(shè)計(jì)單位或者設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)想法有關(guān)，有些設(shè)計(jì)單位或設(shè)計(jì)人員為了保證最大安全性，角度偏轉(zhuǎn)一般不會(huì)采用最大角度，筆者認(rèn)為偏轉(zhuǎn)角度不要超過(guò)最大角度即可。

設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的偏轉(zhuǎn)角度，很可能有些施工單位施工不那么精準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)角度發(fā)生偏差，如果連續(xù)幾根管道進(jìn)行了角度偏轉(zhuǎn)，其中一根管道偏轉(zhuǎn)角度與設(shè)計(jì)角度不一致，那么會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的管道偏轉(zhuǎn)角度也與設(shè)計(jì)角度不一致，進(jìn)而會(huì)使管線走向發(fā)生變化，因此，怎樣在施工過(guò)程中控制偏轉(zhuǎn)角度與設(shè)計(jì)角度一致比較關(guān)鍵。

3.2 自錨式球墨鑄鐵管段的應(yīng)用與探討

自錨式球墨鑄鐵管段或設(shè)置鎮(zhèn)墩段如圖2所示：

圖2 自錨式球墨鑄鐵管段平面布置圖

圖中管線節(jié)點(diǎn)F—G—H—J 為設(shè)置自錨式球墨鑄鐵管段和設(shè)置鎮(zhèn)墩段，其中，在設(shè)置45°、11.25°彎頭處設(shè)置了鎮(zhèn)墩。

管線節(jié)點(diǎn)F—G 段穿越的等高線較密，地形較陡，地形坡度為30°；管線節(jié)點(diǎn)G—H段穿越的等高線較管線節(jié)點(diǎn)F—G 段稀疏，地形較緩，地形坡度為6.38°；管線節(jié)點(diǎn)H—J段的地形坡度為3.34°。

考慮到節(jié)點(diǎn)F—G 段地形較陡，因此，在此段管線（管線長(zhǎng)度為42m）采用自錨式球墨鑄鐵管進(jìn)行控制，防止管道由于自身重力下滑；其余的管線G—H 段、節(jié)點(diǎn)H—J段坡度緩和，因此，除了在設(shè)置彎頭處設(shè)置了鎮(zhèn)墩，中間的管線均采用普通球墨鑄鐵管進(jìn)行連接，在管線中間也沒(méi)有設(shè)置鎮(zhèn)墩控制。

根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)當(dāng)?shù)匦纹露刃∮?0°時(shí)，為防止管道下滑，在使用普通球墨鑄鐵管時(shí)可以在管線兩端設(shè)置鎮(zhèn)墩進(jìn)行控制；當(dāng)?shù)匦纹露瘸^(guò)30°小于60°時(shí)，自錨式球墨鑄鐵管可以使用，但應(yīng)在管線兩端和管線中間局部地段設(shè)置鎮(zhèn)墩，確保管線的安全；當(dāng)?shù)匦纹露瘸^(guò)60°時(shí)，從管線安全的角度出發(fā)，在使用自錨式球墨鑄鐵管的同時(shí)，在管道承插接口處和管線兩端設(shè)置鎮(zhèn)墩較為合理。

上述坡度的界限劃分是否合理，需要生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)單位進(jìn)一步研究考慮。

3.3 過(guò)河段的應(yīng)用與探討

本工程過(guò)河段的處理方式如圖3 所示：

圖3 過(guò)河段平面布置圖

圖中管線節(jié)點(diǎn)K—M—N—L 為穿越河道段，穿越河道的管線長(zhǎng)度為40m，為了輸送安全，穿越河道段設(shè)置了兩根管線，同時(shí)在節(jié)點(diǎn)M、N 處設(shè)置了閥門(mén)井進(jìn)行控制，正常情況下水流從節(jié)點(diǎn)M—N 處流過(guò)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)M—N管線進(jìn)行檢修時(shí)，節(jié)點(diǎn)M、N 處閥門(mén)進(jìn)行控制，啟用節(jié)點(diǎn)M1—N1 管線進(jìn)行水流輸送，其管線剖面圖如圖4 所示。

圖4 采用球墨鑄鐵管過(guò)河段管線剖面圖

如前文所述，當(dāng)采用球墨鑄鐵管埋地穿越河道時(shí)，存在施工難度大，后期運(yùn)行檢修管道費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問(wèn)題，筆者認(rèn)為如能將穿越河道的球墨鑄鐵管改為焊接鋼管，以管線上拱的形式穿越河道的話，管線的設(shè)置則只需設(shè)置一根管道即可（因?yàn)楣芫€明敷，便于管線的檢修），既節(jié)約了工程投資，同時(shí)也便于使用機(jī)械安裝施工，采用鋼管過(guò)河段管線剖面圖如圖5 所示。

圖5 采用鋼管過(guò)河段管線剖面圖

4.結(jié)論和建議

（1）球墨鑄鐵管角度偏轉(zhuǎn)的使用能有效減少管道彎頭數(shù)量，降低水損，優(yōu)化水流水力條件，但在偏轉(zhuǎn)角度的選取上，有進(jìn)一步優(yōu)化空間，優(yōu)化應(yīng)以施工單位便于施工為目的。

（2）自錨式球墨鑄鐵管的使用，在一定地形坡度范圍內(nèi)能防止管道自身重力造成的下滑，但地形坡度界限的劃分，需要再進(jìn)行深入研究。

（3）球墨鑄鐵管跨越河道時(shí)，采用焊接鋼管替代球墨鑄鐵管可能更為合理。

上述結(jié)論與建議只是球墨鑄鐵管在使用中存在一小部分問(wèn)題，對(duì)于球墨鑄鐵管在長(zhǎng)距離輸水管線中的推廣使用，重要的是管線使用單位和施工單位要將施工、運(yùn)行中存在的問(wèn)題與經(jīng)驗(yàn)及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位和生產(chǎn)廠家，不斷完善改進(jìn)產(chǎn)品及設(shè)計(jì)參數(shù)，便于球墨鑄鐵管的使用。