北京自來水集團公司基建辦公室   李長穎

一 工程概況
    平谷應急水源工程是為解決北京地表水資源緊缺的項目。它東起平谷區水源地的39口水源井，西至第八、第九水廠已建輸水管道，輸水規模為27.4萬噸／日，玻璃鋼主輸水管道為63公里。管道工作壓力采用0.3 MPa－ O.7MPa，工期緊為本工程的突出矛盾。
    二 管道的選材
    經對工程方案進行綜合性比較，認為玻璃鋼管材除造價優勢外在縮短工程周期上占有絕對優勢。
    1 設計條件：土壤綜合模量4MPa，大工作壓力 0.7Mpa，覆土1.5-2.5m,大載荷汽-20級，管道安全等級二級，設計使用年限50年。
    2 鋼管道的性能
    本工程管材所選用主要原料為不飽和聚酯、玻璃纖維、石英砂，加工工藝為往復式纏繞，管身結構為網狀層交叉結構，可通過調整纖維纏繞角度，使管材具有很強的設計性和更合理的力學指標。

性能對比表（以平谷輸水DN1600管為例）

    注：綜合費用均未含安裝費用，玻璃鋼管的安裝費為總造價的5%。
3 管材的壓力、剛度等級分為：
    壓力（Mpa：0.3-0.6-1.0
    剛度（ N／m²）:1250－ 5000－ 10000
    平谷輸水工程根據設計給定的條件，剛度等級定為 7500N／m²。綜上所述，該管材能較好地滿足輸水管道的施工及使用要求。為保證管材質量還特聘請玻璃鋼制品質量監督檢驗中心進行監制。
    三  玻璃鋼管道的施工
    1 溝槽基礎處理由于玻璃鋼夾砂管道單極管道長度達到12米，管口相對數量較少,逅應地基沉降的能力稍差,要求大口井降水水位降至槽底0．5 m以下，邊溝降水水位降至糟底0．3m以下，基礎要確保平整連續且達到設計要求的壓實度。
溝槽基礎的土壤要求如表。

    2 管道砂墊層：采用中粗砂，厚度20Omm，壓實廈不小于0.87-0.90。
    3 管道的支墩管道水平彎頭處采用鋼筋砼支墩，縱向彎頭處用增加鋼管錨固長度代替支墩加大土壤與鋼管間的摩擦力來抵抗管道的推力。
    4 管道的連接
    （1）承插口安裝時，試壓孔朝正上方，偏差為土5cm。對撞口是否到位，采用了現場測量劃標記線方法解決：（見安裝剖面圖）

    a 保證試壓孔在兩膠圈的中心，量取Lx長度劃標記線。
    b 防止撞口頂頭，按規程插口端與承口受徑處在軸向應有一定問隙，DN1600一般控制在20 mm，以保證有一定的轉角做應力調節：同時也要防止撞不到位，如果發生溫度拉應力，影響接口的嚴密性。
    （2）轉換口
    鋼管與玻璃鋼管連接時所采用的管件為玻璃鋼／金屬轉換口這項新的技術。轉換口一端為金屬管與鋼管焊接，另一端為玻璃鋼承／插口與玻璃鋼管道連接，從而組成了柔性接口。其制做工藝：鋼管短節除銹（長度為1．5-2米）―鋼管套在模具上―涂專用界面劑一制襯―纏繞―修整―脫模―糊內縫。
    5 管口試壓：每根玻璃鋼管安裝完畢后在管頂試壓孔注水，壓力打到工作壓力時停泵，檢查管口有無滲水，再打水壓至試驗壓力后停止，觀察2分鐘，壓力下降值不超過試驗壓力5％為合格。
    6 管道回填（見回填斷面圖）：當管道試壓合格后，應及時對管溝回填，采取以下手段來控制管道的變形。
    （1）根據管材性能和管道的鋪設及運行條件確定管周口填土施工要求。平谷工程地質條件較差，管周原狀土體以粘土為主，且施工期又正值夏季，降水周期短，造成原狀土質較軟。從試驗段來看，用原狀土直接回填，達不到管材對于管周土綜合變形模量的要求，所以設計采用改變回填土土質和壓實度的方法提高土體綜合變形模量，管區采用了中粗砂回填，壓實度不小于 0．95。
    （2）管區應對稱分層回填，回填夯實應從槽壁兩側同時開始，逐漸向管靠近，嚴禁單側回填、嚴禁單側夯實，每次回填厚度應根據回填材料及方法而定。采用砂作回填料時，每層應控制在150mm，管頂1．5米以內不得使用壓路機。
    （3）對于管道底部兩端的腋角必須使用專用工具按設計要求夯實。
    7 管道驗收
    （l）檢查徑向撓曲值
    按規范要求，玻璃鋼管安裝埋設24小時內測量檢查管道的初始徑向撓曲變形，此次設計給定初始徑向撓曲值為1．7％。
    徑向撓曲值=（實際內徑-安裝后垂直內徑）／實際內徑*100％
    （2）水壓試驗 按規范GB50268一97執行，其試驗壓力為工作壓力的1.5倍，允許滲水量按照鋼管的標準執行。
    四 玻璃鋼管道施工中必須注意的重要環節
    1 轉換口的應用
    全線需做轉換處理的口有280個以上，原方案采用法蘭連接，但這種法蘭連接不管加工制作還是現場施工都有諸多弊病，于是研究出了一種玻璃鋼／金屬的轉換口創新技術。設計上考慮了轉換口的受力特點，在鋼管與玻璃鋼管之間增加了兩道止推環，可以避免兩種管材在軸向產生位移。鋼管道外部增加了一道環向鋼帶，提高了鋼管自身抗變形能力。同時實用性好，金屬一端可以與金屬管道做各種形式的連接，玻璃鋼管一端也可與玻璃鋼管道做各種連接，施工便捷，造價比別的轉換方法相對低。通過實踐也總結出了使用轉換口應注意的問題。如并室外墻或支墩外鋼管接轉換口距構筑物較近，基礎易發生不均勻沉降，造成應力集中于轉換口的承口，所以在施工中應考慮：（1）在井室及支墩處將鋼管做出墻后應繼續再延長一段鋼管：在轉換口與12米長的玻璃鋼管道間，加一根4m長的玻璃鋼管，來提高抵抗不均勻下沉的能力。（2）增加轉換口玻璃鋼管一側的長度，使之完全實現鋼管到玻璃鋼管間的轉換，解決變形不一致的問題。（3）轉換口接鋼三通短管時應在槽上焊好整體下槽，避免挖工作坑，保證其基礎不擾動顯實度不被破壞。
    2 溝槽回填土
    該種管材由復合材料構成，管自身彈性模量較低，管道變形較大，為克服這一問題，除了在制管過程中采用夾砂來增加剛度外，提高回填土的變形模量，使管道和回填土構成共同工作的“管道／土壤”系統至關重要。所以玻璃鋼管對于溝槽口填的要求尤為嚴格，它關系到土壤的抗變形能力，管道在埋設安裝后，管道抗土壤的重力和活荷載的能力在很大程度上取決于管道兩側土壤的支撐力。在回填分層夯實中，土壤對管道的側壓力較大，在未達到管頂以前，土壓力作用管壁的壓力越來越大，管道有豎徑伸長橫徑縮短的趨勢，隨著管頂土壤的增加，管頂垂直上壓力增量大于水平土壓力增量，管子有堅徑壓縮橫徑增長趨勢，管測土壤受到水平擠壓，從而產生被動的土壤反作用力，使管周徑向土壓力分布趨向均勻化。如果在溝槽口填這道工序中兩側回填沒嚴格按要求操作，（包括管底部腋區回填）胸腔壓實度不夠會造成徑向撓曲值超標。特別是單側回填或回填過程的對稱程度偏差較大，很容易使管口產生水平方向位移或接口變形，造成管道水平方向兩側“O”型膠圈的壓縮量大小不均勻，影響管口的嚴密性。
    3 處理徑向撓曲超標問題
    對于徑向撓曲超標的管子按規程是；把回填材料挖出直到露出管徑的85％處，“重新夯實拱腰處的回填材料”，但在工程當中返工了幾根管，效果不好。返工后的管口試壓壓力上不去，原因是當管道挖開卸掉荷載再重新回填后，管徑撓曲變形比返工前回彈了，但膠圈的回彈量與管子回彈量不能同步名際上膠圈經壓縮變形后不回彈或回彈很小，所以今后設計或規范上應對膠圈的技術要求給與量化，如膠圈的質量、彈性變形的極限（值）；多大的壓縮比在多長時間內膠圈的回彈率是多少或直接給出玻璃鋼管回彈量與膠圈回彈量的技術要求，以便在施工時掌握標準。
    五 溫度應力
    由于玻璃鋼管的彈性變形較大，夏季管道施工溫差在攝氏25度時，12m／根的玻璃鋼管伸長量變化在15mm左右，如果安裝時間正值高溫時間，待管回填后由溫差會造成承插口處長度收縮，所以在管道安裝時應注意溫度應力變化：（1）承插撞口時不宜過緊或過松。（2）安裝管道要避開高溫時間且一次安裝不宜超過10根。如隔日回填，一定要重新進行管口試壓。
    六 綜合評價
    1 質量輕、運輸和施工方便快捷。相同管徑的玻璃鋼管每米單位長度約占鋼管重量的50％，一般情況下匕分鐘左右可安裝一根。
    2 摩阻小水損失小，輸送能力高。在輸水能力等同時管徑可縮小一級，若輸水管徑等同可減少長期運行的費用。有較高抗腐蝕性，節約工程維修費。
    3 生產效率高可長距離管道同時開工，玻璃鋼管材供應上大大優于其它管材的管道（此次供應商可耐特廠每天生產DN1600和DN1200的管576米）。
    結論：在大口徑長距離輸水管道中使用玻璃鋼管道經濟上是合理的，技術上是可行的，工期短、見效快，從工程結果看已達到了很好的預期效果。