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按承压级别：

低压管道、高压管道；

按口径尺寸：

应按直径分类。

其中，压力管道涉及各行各业，对它的基本要求是“安全与使用”，安全为了使用，使用必须安全，使用还涉及经济问题，即投资省、使用年限长，这当然与很多因素有关。

1.2管道的工程应用

管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。

下面仅从管道输送能源的角度简要做举例说明。

（1）管道是巨大的能源运输工具

①管道运输，被称为五大运输行业之一，与铁路、航空、公路、海运相平行，是巨大的能源运输工具。

例如，阿拉斯加原油管道年运原油9000万吨，相当双轨铁路的年运量。

管道输送石油和天然气这种危险品，特别是大量天然气的输送，是别的运输工具所不能代替的。

这样的能源运输功能，是其他运输工具难以完成的。

②管道运输又被称为文明运输，因为国家发展到相当的文明程度之后，才有管道运输的出现，它又是一种不产生噪声的运输，故称为文明运输。

对一个工业国来说，工业越发达，人民生活水平越高，耗用能源越大，依靠管道运输的程度就越大。

以意大利1955年、1965年、1975年、1985年年耗用能源为例：

成品油所占比例分别为33%、63%、67%、69%；

天然气所占比例分别为8%、8%、15%、17%。

由此可以看出，成品油和天然气的耗用在逐年增加，其中绝大部分是经管道运输的。

这同样说明，对一个发达的工业国，管道能源运输所起的作用是巨大的。

（2）．管道运输起着调剂世界能源的作用

①天然气是未来世界的第二能源，在陆上大量输送天然气只能依靠管道输送。

管道在这一领域里起着调剂国际之间，甚至洲际之间的天然气的作用。

如原苏联修建的亚马尔（Yamel）管道穿过北极圈的永冻土地带和上千千米的沼泽地带通向欧洲，全长9000千米，管径1420毫米，年输天然气320亿立方米，除供原东欧8个国家外，每年还供德国100亿立方米、法国100亿立方米、意大利80亿立方米，起到了国际间的能源调剂作用。

②在洲际之间，如北非国家阿尔及利亚的管径为1220毫米的天然气管道长1200千米，年输量为125亿立方米，穿过水深600米的地中海，输到意大利北部，是著名的穿越地中海管道。

最近将修建成的阿尔及利亚经摩洛哥穿过地中海的直布罗陀海峡，经西班牙到法国，能跨越洲际调剂天然气，显示了管道这种既能翻山越岭，又能穿越深海的功能是任何交通工具所达不到的。

第二章输水管及其柔性接口技术分析

2.1输水管简介

输水管（deliverypipe）指的是从水源地到水厂（原水输水）或当水厂距供水区较远时从水厂到配水管网（净水输水）的管。

输水管一般可分为以下几种，如混凝土输水管、水泥输水管、钢丝网水泥输水管、石棉水泥输水管、橡胶输水管、钢质输水管等等。

其中，混凝土输水管有包括自应力混凝土输水管和预应力输水管，钢质输水管有薄壁不锈钢水管、螺旋钢管、夹砂玻璃钢管等等。

本工程为中能取水口输水工程，输水管道采用压力螺旋钢管，以下主要对螺旋钢管作简单介绍。

2.2螺旋钢管简析

2.2.1螺旋钢管

螺旋钢管是以带管卷板为原材料,经常温挤压成型,以自动双丝双面埋弧焊工艺焊接而成的螺旋缝钢管.直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快，而螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。

但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加30～100%，而且生产速度较低。

因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊。

图1螺旋钢管

2.2.2螺旋钢管及其标准分类

承压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管SY5036-83主要用于输送石油、天然气的管线；

承压流体输送用螺旋缝高频焊钢管SY5038-83，用高频搭接焊法焊接的，用于承压流体输送的螺旋缝高频焊钢管。

钢管承压能力强，塑性好，便于焊接和加工成型；

一般低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管SY5037-83，采用双面自动埋弧焊或单面焊法制成的用于水、煤气、空气和蒸汽等一般低压流体输送用埋弧焊钢管。

现在螺旋钢管的常用标准一般分为:

SY/T5037-2000（部标、也叫普通流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管）、GB/T9711.1-1997（国标、也叫石油天然气工业输送钢管交货技术条件第一部分：

A级钢管（到目前要求严格的有GB/T9711.2B级钢管））、API-5L（美国石油协会、也叫管线钢管；

其中分为PSL1和PSL2两个级别）、SY/T5040-92（桩用螺旋缝埋弧焊钢管）。

2.2.3螺旋钢管生产工艺

螺旋钢管基本生产工艺：

（1）原材料即带钢卷，焊丝，焊剂。

在投入前都要经过严格的理化检验。

（2）带钢头尾对接，采用单丝或双丝埋弧焊接，在卷成钢管后采用自动埋弧焊补焊。

（3）成型前，带钢经过矫平、剪边、刨边，表面清理输送和予弯边处理。

（4）采用电接点压力表控制输送机两边压下油缸的压力，确保了带钢的平稳输送。

（5）采用外控或内控辊式成型。

（6）采用焊缝间隙控制装置来保证焊缝间隙满足焊接要求，管径，错边量和焊缝间隙都得到严格的控制。

（7）内焊和外焊均采用美国林肯电焊机进行单丝或双丝埋弧焊接，从而获得稳定的焊接规范。

（8）焊完的焊缝均经过在线连续超声波自动伤仪检查，保证了100％的螺旋焊缝的无损检测覆盖率。

若有缺陷，自动报警并喷涂标记，生产工人依此随时调整工艺参数，及时消除缺陷。

（9）采用空气等离子切割机将钢管切成单根。

（10）切成单根钢管后，每批钢管都要进行严格的首检制度，检查焊缝的力学性能，化学成份，溶合状况，钢管表面质量以及经过无损探伤检验，确保制管工艺合格后，才能正式投入生产。

2.2.4螺旋钢管的工艺性能

（1）弯曲性能

按相应规定的弯心直径弯曲180度后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。

（2）反向弯曲性能

根据需方要求，钢筋可进行反向弯曲性能试验。

反向弯曲试验的弯心直径比弯曲试验相应增加一个钢筋直径。

先正向弯曲45度，后反向弯曲23度，后反向弯曲23度。

经反向弯曲试验后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。

（3）表面质量

钢筋表面允许不得有裂纹、结疤和折叠。

钢筋表面允许有凸块，但不得超过横肋的高度，钢筋表面上其他缺陷的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允许偏差。

（4）尺寸、外形、重量和允许偏差

①公称直径范围及推荐直径

钢筋的公称直径范围为6～25mm，标准推荐的钢筋公称直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40、50mm。

②带肋钢盘的表面形状及尺寸允许偏差

a.带肋钢筋横肋应符合下列基本规定：

b.横肋与钢盘轴线的夹角β不应小于45度，当该夹角不大于70度时，钢筋相对两面上横肋的方向应相反；

c.横肋侧面与钢筋表面的夹角α不得小于45度；

d.钢筋相对两面上横肋末端之间的间隙（包括纵肋宽度）总和不应大于钢筋公称周长的20%；

e.当钢筋公称直径不大于12mm时，相对肋面积不应小于0.055；

公称直径为14mm和16mm，相对肋面积不应小于0.060；

公称直径大于16mm时，相对肋面积不应小于0.065。

③长度及允许偏差

a、长度：

钢筋通常按定尺长度交货，具体交货长度应在合同中注明；

钢筋以盘卷交货时，每盘应是一条钢筋，允许每批有5%的盘数（不足两盘时可有两盘）由两条钢筋组成。

其盘重及盘径由供需双方协商规定。

b、长度允许偏差：

钢筋按定尺交货时的长度允许偏差不得大于＋50mm。

c.弯曲度和端部：

直条钢筋的弯曲变应不影响正常使用，总弯曲度不大于钢筋总长度的40%；

钢筋端部应剪切正直，局部变形应不影响使用。

2.2.5螺旋钢管用途

螺旋钢管主要应用于自来水工程、石化工业、化学工业、电力工业、农业灌溉、城市建设，是我国开发的二十个重点产品之一。

（1）作液体输送用：

给水、排水。

作气体输送用：

煤气、蒸气、液化石油气。

（2）作结构用：

作打桩管、作桥梁；

码头、道路、建筑结构用管等。

2.2.6螺旋钢管的发展前景

螺旋钢管在输送燃气，运输方面发挥了很大的作用。

随着国内外多项重大管道工程的规划及建设，大变形管线钢、高强度级别热煨弯管和厚规格低温管件等高附加值产品，显现出良好的市场竞争能力和较大的市场需求，而国内企业在开发该系列产品方面进度比较缓慢。

为了尽快开发出适用于工业应用的高附加值大变形管线钢、热煨弯管用钢、管道站场用低温管件用钢，X100直缝埋弧焊管、螺旋缝埋弧焊管和热煨弯管，螺旋钢管，国内公司企业开始了积极的合作与创新。

如近日，首钢总公司与中石油渤海装备钢管制造公司经多次洽谈、协商，就联合开发高附加值石油天然气干线配套板材达成了合作意向。

由此可见，螺旋钢管在日常生活中有着重要的作用和广阔的发展前景。

2.3输水管道的柔性接口技术

2.3.1输水管的一般接口分类

根据接口的刚度不同，可将输水管接口大体分为柔性接口和刚性接口两种。

或按照连接的方式不同分为承插式、划入式等。

2.3.2柔性接口

柔性接口在输水管线中的地位经过曲折道路，得到了肯定。

各种柔性接口的特点、性能水平各有不同。

柔性接口作为管道的主要接口之一，以下对柔性接口做简单介绍。

2.3.2.1柔性接口的共性与个性

（1）胶圈柔性接口的共性

胶圈柔性接口一般都为承插口方式,在承插口的环形间隙中压缩一个胶圈,由受压胶圈的反弹力完成接口的密封。

这种连接允许承口管和插口管在连接处可以有轴向的相对移动,可以有以接口为支点的转动,所以,它可以释放因热胀冷缩起的轴向力,因不均匀沉降引起的弯曲应力,使埋设管线具有优秀的强度特性和水密特性。

（2）胶圈柔性接口的个性

虽然都是胶圈柔性接口,但性能是有很大差别的,特别是在适应不均匀沉降的能力这一点上。

各个管材标准都列出了接口的允许转动角。

但要注意的是即使列出的允许转动角相同,实际能力也是不同的。

因各个设计采用的富裕度是不同的,有的设计其转动角的允许值仅仅取用实际极限能力的一半甚至更少,有很高的安全保证,但也有转动角允许值很接近极限能力的设计,有的役计甚至只有在标准边界条件时才能土作,一些不利条件出现时就会失效。

各种胶圈反弹密封机制的柔性接口在口径较小时均表现出优越的性能,但随着口径的增大,对于不均匀沉降的适应能力就不同,这是管线设计工程师必须注意的。

2.3.2.2胶圈接口的分类及特点

目前,胶圈接口大致可分为以下几种：

（1）机械式压紧接口

20世纪30年代这种接口率先在煤气管线上得到应用。

现供水事业中,在球铁管上有一定应用。

通常称为K型接口。

由承口、插口、压盖（法兰圈）三者构成。

一个环形填料函,胶圈置于其中,其承插口间隙不能自行产生胶圈压缩反弹,是靠螺栓收紧才达到胶圈压缩反弹的,这是与其他胶圈柔性接口的一个重大的不同点。

它需要压盖和许多的螺栓,用料多,造价较高,安装操作虽较简便,但紧固螺栓的工作量很大,且有一定的技术要求。

口径大时管重、水重、复土重三者相当大,胶圈单位面积受力非常大,大口径时可以是小口径的几十倍,另一方面,水重加复土重两者较管重大得多,管线运行时的状态同安装时有较大的差别,因此,这种接口的大口径管线,通水运行时,这些有方向性的荷载有可能会形成胶圈局部压缩增大,这时相应也会有部分胶圈松弛,其结果是在胶圈松弛部,内水压将胶圈外推,接口漏水,这已有工程实践证实。

本文认为,应加大投人开发更有效率的接口,将能取得更好的效益。

（2）滚人式接口

滚入式接口主要在混凝土压力管上应用。

插口端放上胶圈,承口有一斜面,形成喇叭口。

安装时当插口向承口推人,胶圈由喇叭口导人承插口间隙,受压缩并在内滚动,由插口处的止台挡着定位。

因承插口间隙较胶圈直径小,由受压缩胶圈自行反弹提供水密。

由于内水压将胶圈向承口外侧推,胶圈靠近承口外端部,口径大时,稍有沉降胶圈就易被挤出失效。

随着对管线工程质量的重视,混凝土压力管的升级,其应用越来越少。

（3）插口槽滑入式接口

应用此种接口的管道种类较多，如一种美国大面积生产应用而在我国还没有应用接口，暂且称它为O型接口；

还有在我国因引黄工程得到推广的在PCCP管中应用的接口等。

因其种类较多且尚未得到大面积应用这里不做详细介绍。

（4）承口滑人式接口

①承口滑入式接口的优点

这是近年来在球墨铸铁管上迅速发展并采用的接口。

通常将这种接口称为T型接口,现美国球墨铸铁管销售中95%以上是这种接口的球墨铸铁管。

这种接口,胶圈预置于承口内,承口外端部同插口有很精密的配合,所以接口发生转动或轴向位移时,胶圈不可能被挤出承口,且内压有使胶圈压缩量增大的倾向。

承插口间隙设计成在各种不利条件迭加下仍能保证胶圈处于受压反弹状态,因此对不均匀沉降和高内压有极好的适应能力。

这种接口只要安装合格,运行中难以找到使接口失效的理由,所以至今未见用这种接口的管线在运行时发生接口漏水的报道。

②.承口滑入式接口的缺点

这种接口对尺寸公差有较高要求,球墨铸铁管插口的尺寸精度受浇注工艺制约,要达到钢材辗轧、挤压加工那样的精度是有一定难度的,甚至可以说,是不可行的。

目前,规模世界第二、中国第一的球墨铸铁管公司,这种接口的产品最大口径可做到DN1400,更大口径的产品还是用机械式压紧接口。

2.3.2.3柔性接口的优点

（1）认识柔性接口得以开始接口所承担的任务,不仅是通常所说的完成管节之间的连接并确保水密。

应注意的是接口还有一个重大任务,就是释放埋设管线在运行中所遇到的种种设计中未预见的、难以计算的外来荷载所引起的应力,如沉降、位移、温度变化等等因素引起的应力。

大量爆管实例的跟踪和分析表明,绝大部分的爆管是非正常荷载作用在管线局部构成特定受力模式而造成的,如是柔性接口,受力模式将会改变、荷载作用有所释放,爆裂发生条件就大大减少,爆裂就不一定发生。

（2）通过对柔性接口和刚性大的接口比较研究可得出一些刚性接口的问题原因。

如：

铸铁管大量爆裂的一个主要原因是石棉水泥接口、膨胀水泥接口的应用。

水泥接口刚性极大,将连接的两根管子牢固地结合成一体,不能释放不均匀沉降引起的弯曲应力、温度变化引起的拉伸应力,膨胀水泥接口因用了胶圈,所以即使水泥填料在承插口间隙内有所滑动,也不会有漏水先兆,一出问题就是爆裂。

2.3.2.4柔性接口与钢管的现场对焊焊接接口对比分析

（1）使用范围比较

柔性接口使埋设管线具有优秀的强度特性和水密特性,这是这些管材得到应用并取得长足发展的重要技术支持。

对于柔性接口新颁布国家行业标GJJ92--2002《市供水管网漏损控制及评定标准》,其中4.2.4条款规定:

新敷管道的接口应采用橡胶圈密封的柔性接口；

国家标准GB50332--2002《给水排水工程管道结构设计规范》,其中5.0.1条款规定：

对圆形管道的接口宜采用柔性连接。

在条文说明中,又做了进一步的说明：

给水排水工程中,各种材质的圆形管道广泛应用,这些管道可能出现的不均匀沉陷不可避免。

……这些圆形管道接口,宜采用柔性连接,以适应各种不同因素产生的不均匀沉陷,并至少应该在地基土质变化处设置口。

但是相对于许多管道的柔性接口，目前唯有钢管,其采用的代表性连接方法是现场沟槽中对接焊接。

（2）钢管焊接接口的独特原因及其弊端

钢管采用沟槽中对接焊接是有其历史原因和技术原因的。

对接焊是钢管的一种很有效的连接方法,在输水钢管线的建设中曾有很好的应用,但随着输水管线的发展,口径越来越大,距离越来越长,管线所经过的场地地质条件也就越来越复杂,这些发展给输水钢管带来巨大发展空间的同时,也带来一项很严重的负面效应,就是使沟槽对接焊接的难度大大增加,以至于陷人了不合格焊缝难以避免的困境。

2.3.2.5柔性接口的现状和发展

（1）柔性接口的现状

柔性接口在经过几十年的曲折展之后，得到了肯定。

目前已有多种形式，每种形式各有特点。

在我国，球墨铸铁管（DIP）、聚氯乙烯管（PVC管）、玻璃钢管（GRP）、钢管（SP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）等管材是我国城市输水管线中得到重视和应用的管材,其中球墨铸铁管、玻璃钢管、PVC管、PCCP管均已发展到以柔性接口为代表性接口的成品管阶段。

（2）柔性接口的发展

柔性接口与钢管的结合应用是柔性接口最大的发展前景。

近二十年来人们对柔性接口在埋设管线中所起的重要作用有了新的认识,对柔性接口的设计制作技术有了积累为在钢管上开发柔性接口提供了必要的技术支持。

输水钢管钢管线需要柔性接口而且可以取得柔性接口的时机形成。

钢管已成为柔性接口发展的新空间,也是柔性接口未被开发的最大空间。

新世纪中我国已成为世界第一的钢铁生产、应用大国,以商品钢板为主要原材料的钢管,必将取得钢铁规模生产给以的好处,强大的钢铁工业必定要推动钢管发展,当钢管采用柔性接口,进人成品管阶段,将取得性能提高、价格更低、容易得到、容易施工等竞争力，它在输水管中的地位将会重新排定。

第三章管道施工实例分析

3.1工程概况

中能取水口改造工程位于徐州市经济开发区境内，在京杭大运河右岸本期设计供水能力为8000m3/h。

工程包括取水口一级泵站、螺旋钢管输水线路及厂区内二级提水泵站等。

根据《泵站设计规范》、《提防工程设计规范》及《防洪标准》确定该项目工程等别为Ⅱ等，穿堤建筑物为2级，其他建筑物为3级。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），场地地震动峰值加速度为0.1g，相应场地基本地震烈度为Ⅶ度，地震动反应谱特征周期为0.40s。

由于现有取水口取水能力不能满足厂区用水需求，需实施取水口改造项目，而现有取水口已经不具备扩建条件，需另外择址新建取水口。

根据现场情况，将新建取水口布置在现有取水口以西约200m处。

3.2管沟开挖工艺分析

3.2.1管沟开挖中注意的问题

（1）管沟开挖行进按管线中心灰线进行控制；

管沟开挖深度结合设计图纸、线路控制桩及标志桩综合考虑进行开挖控制。

穿越地下设施时，设施两侧3m范围内采用人工开挖，与其穿越间距符合设计要求。

对于重要设施，开挖前应征得其管理单位同意，并在其监督下开挖。

（2）管沟开挖时，弃土堆置在施工作业带的另一侧，堆土距沟边不小于1m；

且施工作业带应设在靠公路侧，弃土应远离公路侧。

（3）地表有植被的地区和耕地作业区管道开挖时，将表层耕作土和中下层的土分别堆放，表层土靠近边界线，下层土靠近管沟。

（4）管道与电力、通信电缆交叉时，其垂直净距不小于0.5m；

管道与其他管道交叉时，除保证设计埋深外，应保证两管道间垂直净距不得小于0.3m。

（5）湿陷性软土地段、地下水位小于沟深及深度超过5m地段的管沟，应根据情况，采用明渠排水、井点降水、管沟加支撑等方法辅助进行管沟的开挖实验，由监理或业主现场认定后，方可实施。

3.2.2排水

3.2.2.1轻型井点降水

在管沟开挖过程中对于其底部积水宜采用轻型井点降水。

轻型井点降水是在基坑开挖之前预先在四周打入或沉入若干根井管，井管下1.5m处为滤管上面钻2mm左右的滤孔，外面用过滤层包扎起来，各个井管用集水管连接并抽水，使井管两侧一定范围内的水位下降，各个井管相互影响形成一个连续的疏干区。

其特点如下：

（1）机具设备简单、易于操作、便于管理。

（2）可减少基坑开挖边坡坡率，降低基坑开挖土方量。

（3）开挖好的基坑施工环境好，各项工序施工方便，大大提高了基坑施工工序。

（4）开挖好的基坑内无水，相应的提高了基底的承载力。

（5）在软土路基，地下水较为丰富的地段应用，有明显的施工效果。

3.2.2.2降水原理

沿基坑四周每隔一定间距布设井点管，井点管底部设置滤水管插入透水层，上部接软管与集水总管进行连接，集水总管为Φ150钢管，周身设置与井点管间距相同的Φ40吸水管口，然后通过真空吸水泵将集水管内水抽出，从而达到降低基坑四周地下水位的效果，保证了基底的干燥无水。

3.2.2.3降水设备

井点管、连接管、集水总管、滤料和抽水设施包括真空泵、离心泵、集水箱等。

3.4.2.4施工工艺

（1）井点布置

对于铁路桥涵的基础在地下水丰富地段，一般采用单排环型布置，利用单排井点降水，降水深度不宜超过5m。

首先进行基坑处原地面标高的测量，根据地面标高及基底设计标高确定基坑开挖深度，计算开挖坡率及开挖尺寸，依据开挖尺寸，在距离基坑边缘约1.0m处，布置井点吸水管位置。

（2）高程布置

井点吸水管的滤水管必须埋设在透水层内，埋设深度可按式

（1）计算。

H1≥h2+h1+il1（m）…………………………………………………式

（1）

式中：

h2：

井点管埋置面至基坑底面的距离；

h1：

基坑底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.5～1.0m；

i：

水力坡度，环型井点降水一般取1/10；

l1：

井点管距基坑中心的水平距离（m）。

按照式

（1）计算出来的H1值，一般情况不超过６m，井点管露出地面高度不超过０.３m，如果大于６m，则要降低井点系统顶面标高。

（３）施工顺序

测量放线、挖井点沟槽、冲孔、下设吸水井点管、灌填粗砂滤料、铺设集水管、连接集水管与井点管、安装抽水设备、试抽、正式抽水、基础施工、撤离井管。

①利用7.5kW高压水泵，通过软管与一根特制的Φ40钢管相连，钢管端部设有喷水孔，由两名操作工人手持钢管在集水管位置上下抽动，直至成孔，成孔深度一般比滤管深0.5m，冲孔时注意冲水管垂直插入水中，并做左右上下摆动，成孔后立即拔出Φ40冲水管，插入井点管，坍塌，集水管放入完成后，向孔内灌入少量粗砂，保证流水畅通。

②每根井点管埋设完成后应检查其渗水性能，检查方法为，在正常情况下，井点口应有地下水向外冒出；

否则从井点管口向管内灌清水，看管内水下渗情况，如果下渗越快，说明该管质量优良。

③然后铺设Φ100集水钢管，集水管与井点水管之间的连接采用L=1.2m，Φ40的橡胶软管连接，两头用铁丝拧紧，外涂抹黄泥，以防漏气，最后连接真空水泵进