HDPE管在長(zhǎng)距離輸水工程中的應(yīng)用分析

1、貴州HDPE管道生產(chǎn)對(duì)HDPE管概述

HDPE管通常指PE80 (含鋼骨架管)、PE100及超高分子量聚乙烯管。它具有良好的耐高、低溫性能；抗環(huán)境應(yīng)力開裂、抗沖擊、耐老化、耐腐蝕、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)近幾年來推廣應(yīng)用的一種新型管材。特別適應(yīng)在鹽湖、沼澤、戈壁、沙漠等環(huán)境惡劣地區(qū)的管道敷設(shè)。

由于HDPE管在我國(guó)推廣應(yīng)用的時(shí)間不長(zhǎng)，相關(guān)的管道技術(shù)規(guī)程尚在編制中，沒有很多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，大規(guī)模的推廣應(yīng)用存在一定的困難。我院從2000年開始對(duì)長(zhǎng)距離HDPE輸水管在復(fù)雜地質(zhì)條件下敷設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)探討。2002年在新疆羅布泊(羅中)設(shè)計(jì)的一條總長(zhǎng)57km、DN200(外徑D225)的長(zhǎng)距離輸水管線，全線為HDPE管，至今已安全運(yùn)行1年有余。2003年又在青海那陵格勒西水源地設(shè)計(jì)了一條總長(zhǎng)156km(主管DN600、支管DN400)的長(zhǎng)距離輸水管線，其中長(zhǎng)達(dá)132km為HDPE管(含超高分子量聚乙烯管、鋼骨架塑料復(fù)合管)，至今已安裝60% ，計(jì)劃2004年9月投入使用。以上工程均為穿越沼澤、戈壁、沙漠、鹽、等無人區(qū)，本文以此為例，淺述長(zhǎng)距離HDPE輸水管線在工程應(yīng)用中若干問題的處理方法。

2、管道設(shè)計(jì)、施工中遇到的幾個(gè)問題及解決措施

2.1 水力計(jì)算及設(shè)計(jì)流速

HDPE管(特別是超高分子量聚乙烯管)內(nèi)表面非常光滑，流體阻力小。在水力計(jì)算上，部分專家、資料建議采用威廉姆斯公式，C值取145~160(超高分子量聚乙烯管取160)；《室外聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程(討論稿)》4.3推薦公式是：I=8.75╳10-4╳Q1.761/Dj4.761。兩個(gè)公式計(jì)算結(jié)果相差不大，采用后者更安全一些。新疆羅布泊長(zhǎng)距離輸水管線經(jīng)一年的運(yùn)行，實(shí)測(cè)的運(yùn)行工況與計(jì)算結(jié)果基本吻合。

管道局部水頭損失設(shè)計(jì)按沿程損失的5%~10%。管徑較小時(shí)取10%。

設(shè)計(jì)流速主要通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。管徑較小采用較低的流速，管徑較大時(shí)可采較高的設(shè)計(jì)流速。從安全運(yùn)行的角度考慮長(zhǎng)距離非金屬輸水管道的設(shè)計(jì)流速建議不大于1.5m/s。我院在長(zhǎng)距離輸水工程上,DN200管采用的流速為0.7m/s,DN600管流速則采用了1.23m/s。流速過大水頭損失增加較快，管材的壓力等級(jí)、工程造價(jià)也相應(yīng)提高，同時(shí)增大了水錘發(fā)生的機(jī)率。例如DN600管，流速1.23m/s時(shí)，100km水頭損失已達(dá)170m。當(dāng)輸水管線不長(zhǎng)(二十幾公里以內(nèi))，適當(dāng)提高設(shè)計(jì)流速也是合理的。

2.2 工程地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)的輸水管材質(zhì)選擇

青海那陵格勒西水源地長(zhǎng)距離輸水工程，管線途經(jīng)沙漠、沼澤、鹽湖等無人區(qū)。我院在管材選用方案上進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。對(duì)球墨鑄鐵管、焊接鋼管、HDPE管等多種管材選用的比較結(jié)果是，采用HDPE管的方案在總投資上節(jié)省20%左右。該地區(qū)土壤腐蝕劑較強(qiáng)，如選用金屬管材，外壁必需加強(qiáng)級(jí)防腐。且金屬管材在沙漠、沼澤、鹽湖地區(qū)運(yùn)輸、安裝極為困難，有些地段根本就無法施工。

在HDPE管系列中PE80、PE100、鋼骨架塑料復(fù)合管及超高分子量聚乙烯管的選擇還需根據(jù)管道敷設(shè)地段的工程地質(zhì)情況確定。在設(shè)計(jì)中一般選用超高分子量聚乙烯管或PE100管，原因是這兩種管性價(jià)比高。在穿越沼澤、河流地段，宜選用超高分子量聚乙烯管、鋼骨架塑料復(fù)合管。

長(zhǎng)距離金屬管線通常采用一種壁厚的管材。同等外徑的HDPE管管材的壓力等級(jí)不同，價(jià)格相差較大。為了節(jié)省投資，在長(zhǎng)距離HDPE輸水管線設(shè)計(jì)中可將管線分為幾個(gè)壓力段。根據(jù)管段承壓情況分段選用不同壓等級(jí)的管材。我們?cè)陂L(zhǎng)距離輸水工程實(shí)踐中通常選擇3、4個(gè)壓力等級(jí)的管，從0.8~1.6MPa。

2.3 埋地管設(shè)置伸縮器問題的探討

當(dāng)聚乙烯管道敷設(shè)在沼澤地或河底土壤摩擦力較小時(shí)，應(yīng)考慮由溫度變化引起的縱向變形計(jì)算。按公式△L=0.13L(△t)計(jì)算，在長(zhǎng)距離管段，理論計(jì)算值較大。我院在新疆羅布泊長(zhǎng)距離(57km)輸水工程上作了一個(gè)試驗(yàn)，管線在穿越長(zhǎng)16km的鹽沼地采用鋼骨架塑料復(fù)合管，未設(shè)伸縮器，埋深：1.3m。其余地段管道則設(shè)有套筒式伸縮器。經(jīng)過1年多的運(yùn)行，均未出現(xiàn)問題。工程實(shí)踐證明，管道在穿越復(fù)雜地質(zhì)條件地段時(shí)，應(yīng)具體情況具體分析。當(dāng)管道埋設(shè)較深時(shí)可不考慮伸縮器的設(shè)置。

2.4 排氣閥設(shè)置的最大間距及特殊閥門的設(shè)置

通常在管線的凸處設(shè)排氣閥。但在長(zhǎng)距離HDPE輸水管線設(shè)計(jì)中，較平坦的地段每間隔一定的距離還需設(shè)置排氣閥，及時(shí)排氣，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。而在沼澤、鹽堿地排氣閥如果設(shè)置過密，可能因排氣閥的滲漏，增大了安全隱患。在排氣閥設(shè)置的允許最大間距上，國(guó)內(nèi)資料介紹不多，從我院所設(shè)計(jì)的多條已投入運(yùn)行的長(zhǎng)輸管線來看，設(shè)置最大間距為4km ，未出現(xiàn)問題。在局部坡度較大的地段，設(shè)計(jì)排氣閥的最大間距為2km。

控制管道超壓是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。在輸水管道部分可能出現(xiàn)超壓的管段設(shè)置可調(diào)式減穩(wěn)壓閥，控制最不利點(diǎn)可能出現(xiàn)的壓力波動(dòng)也是必要的。

2.5 支墩的設(shè)置

采用HDPE管長(zhǎng)距離輸水宜按相關(guān)的管道技術(shù)規(guī)程規(guī)定設(shè)置止推礅、固定礅、防滑礅。支礅的混凝土強(qiáng)度不低于C15，且管外壁須用3mm厚彈性緩沖層包裹。特別是管線中的閥門處必須設(shè)固定礅，將閥門錨固井底板。在管道豎向坡度大于10度時(shí)宜做混凝土防滑礅。防滑礅基礎(chǔ)必須澆鑄在管基下開挖的原狀土內(nèi)。防滑礅與上部管道的錨固采用澆鑄混凝土全包。

2.6 特殊地質(zhì)條件下的管道基礎(chǔ)及土壤回填

在我院設(shè)計(jì)的幾條長(zhǎng)距離HDPE管輸水工程中，管線敷設(shè)的條件均較差。途經(jīng)的是沙漠、沼澤、戈壁灘、鹽湖，符合相關(guān)管道技術(shù)規(guī)程要求的回填土壤在管線附近幾十公里都較難找到。設(shè)計(jì)要求與管道接觸的基礎(chǔ)表面無硬塊和其它突出物即可。施工中主要控制管頂及管道兩側(cè)回填區(qū)的壓實(shí)系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，管頂不低于0.85，管道兩側(cè)不低于0.95。通常在戈壁、沙漠中較干的砂礫石是無法達(dá)到上述要求的，必需采取澆水等措施。在鹽湖地區(qū)敷管，應(yīng)將表層堅(jiān)硬鹽殼 (一般為0.2~0.6m)剝離，采用下部較細(xì)顆粒的鹽漬土回填。 

3、貴州HDPE管道生產(chǎn)的體會(huì) 

HDPE管作為新型管材之一，在長(zhǎng)距離輸水工程中應(yīng)用越來越多。如何保證系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、合理，及時(shí)編制、出版相應(yīng)的工程技術(shù)規(guī)程是當(dāng)務(wù)之急。

HDPE管在長(zhǎng)距離輸水工程的成功應(yīng)用，是和管材本身的產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)計(jì)質(zhì)量、施工質(zhì)量及科學(xué)管理分不開的。優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案是工程能否實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、合理的關(guān)鍵。