宋奇叵：給水管道工程管材性能特點與合理選擇.pdf

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1、2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇給水管道工程管材性能特點與合理選擇中國工程中國工程建設標準化協會管道結構專業委員會建設標準化協會管道結構專業委員會 主任委員主任委員北京市市政工程設計研究總院有限公司北京市市政工程設計研究總院有限公司 原專業總工原專業總工宋奇叵宋奇叵2024.52024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇埋地管道結構失效的概率嚴格執行標準嚴格執行標準正常設計、正常施工、正常維護正常設計、正常施工、正常維護絕對安全絕對安全失效可控失效可控安全等級

2、安全等級設計使用年限設計使用年限重要性系數重要性系數可靠度指標可靠度指標延性破壞延性破壞脆性破壞脆性破壞一級一級100年年0=1.1=3.7=4.2二級二級50年年0=1.0=3.2=3.7三級三級25年（可替換）年（可替換）0=0.9=2.7=3.2失效概率失效概率=4.21.310-5=3.71.110-4=3.26.910-4=2.73.510-32024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇埋地管道荷載效應的類型安裝工況、空管工況、停水工況、運行工況、事故工況安裝工況、空管工況、停水工況、運行工況、事故工況管道外壓荷載效應管道

3、外壓荷載效應管周土壓力荷載作用管周土壓力荷載作用管頂豎向土壓力、管底基礎支撐力管頂豎向土壓力、管底基礎支撐力管側主動土壓力、管側被動土抗力管側主動土壓力、管側被動土抗力地下水壓力地下水壓力當豎當豎向向壓力與側向壓力的存在差異時壓力與側向壓力的存在差異時產生管壁彎曲效應或管材撓曲變形產生管壁彎曲效應或管材撓曲變形管道內壓荷載效應管道內壓荷載效應管內水壓力荷載作用管內水壓力荷載作用管內水自重水壓力管內水自重水壓力管內水輸送水壓力管內水輸送水壓力管內水自重水壓力屬非均勻荷載管內水自重水壓力屬非均勻荷載管內管內水輸送水壓力屬均勻荷載水輸送水壓力屬均勻荷載2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城

4、鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇埋地管道結構失效的類型安裝工況、空管工況、停水工況、運行工況、事故工況安裝工況、空管工況、停水工況、運行工況、事故工況管道材料的強度失效管道材料的強度失效受壓區材料破碎（抗壓強度）受壓區材料破碎（抗壓強度）受拉受拉區材料斷裂（抗拉強度）區材料斷裂（抗拉強度）材料失去彈性（屈服強度）材料失去彈性（屈服強度）整體喪失承載能力（屈曲強度）整體喪失承載能力（屈曲強度）管道材料耐久性失效管道材料耐久性失效管材的腐蝕環境適應性管材的腐蝕環境適應性管材的環境溫度適應性管材的環境溫度適應性管材的長期性能衰變性管材的長期性能衰變性管材的接口變形適應性管材

5、的接口變形適應性彎曲效應的內力分布彎曲效應的內力分布軸力軸力效應的內力分布效應的內力分布+=綜合效應的內力分布綜合效應的內力分布最大應力值（最大應力值（S）控制）控制強度（強度（R）失效）失效2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇埋地管道管土共同工作的類型剛性管、柔性管均依賴管周土的約束作用剛性管、柔性管均依賴管周土的約束作用剛性管道剛性管道管道撓曲變形小管道撓曲變形小管道對側土產生的推力忽略不計管道對側土產生的推力忽略不計管側土壓力隨土體固結程度提高管側土壓力隨土體固結程度提高材料強度決定管道承載能力材料強度決定管道承載能力

6、柔性管道柔性管道管道撓曲變形大管道撓曲變形大管道對側土產生的推力限制變形管道對側土產生的推力限制變形管側土壓力隨土體材料類型、壓實程度變化管側土壓力隨土體材料類型、壓實程度變化材料強度和抗變形能力決定管道承載能力材料強度和抗變形能力決定管道承載能力屈曲破壞屈曲破壞撓撓曲破壞曲破壞壓碎破壞壓碎破壞開裂破壞開裂破壞2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇埋地輸水管道類型重力重力輸水輸水動動力力輸水輸水傳傳統統渠渠涵涵工工業業革革命命非滿流非滿流無內壓無內壓全滿流全滿流低內壓低內壓圓形管圓形管異形管異形管全滿流全滿流高內壓高內壓圓形管

7、圓形管砌體涵管砌體涵管陶土管陶土管混凝土管混凝土管灰口鑄鐵管灰口鑄鐵管鋼管鋼管球墨鑄鐵管球墨鑄鐵管鋼筋混凝土管鋼筋混凝土管熱塑性塑料排水管熱塑性塑料排水管復合材料排水管復合材料排水管預應力鋼筋混凝土管預應力鋼筋混凝土管熱塑性塑料給水管熱塑性塑料給水管熱固性塑料管熱固性塑料管竹纏繞管竹纏繞管復合材料給水管復合材料給水管抗外抗外壓能力壓能力抗彎曲、抗軸壓抗彎曲、抗軸壓材料彎曲強度、屈曲穩定能力材料彎曲強度、屈曲穩定能力抗抗內壓和外壓能力內壓和外壓能力抗軸拉、抗變形抗軸拉、抗變形材料抗拉強度、管土共同工作材料抗拉強度、管土共同工作動力輸水用管材均能滿足重力輸水要求，但材料利用效率偏低動力輸水用管材均

8、能滿足重力輸水要求，但材料利用效率偏低2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇鋼管管道材料穩定、適應性強、技術可靠、維護簡便材料穩定、適應性強、技術可靠、維護簡便壓力輸水起家壓力輸水起家架空管道特性架空管道特性具有良好的抗內壓性能具有良好的抗內壓性能縱向和環向承載能力的匹配度高縱向和環向承載能力的匹配度高柔性管道特征柔性管道特征抗抗內壓和抗外壓內壓和抗外壓能力的材料利用率高能力的材料利用率高埋地管道管土共同工作可控埋地管道管土共同工作可控產品高效、安裝產品高效、安裝簡便簡便建筑給水工程中逐漸替代建筑給水工程中逐漸替代市政大、中口

9、徑給水工程仍存優勢市政大、中口徑給水工程仍存優勢工業制品替代工程工業制品替代工程加工加工不斷發展不斷發展直直縫焊縫焊管、螺旋焊管管、螺旋焊管焊接接口、承插接口焊接接口、承插接口砂漿內防腐、涂料內防腐砂漿內防腐、涂料內防腐瀝青瀝青類外防腐、高分子材料外防腐類外防腐、高分子材料外防腐管道缺陷評估和修復技術體系建立管道缺陷評估和修復技術體系建立重點關注重點關注內壓決定壁厚、回填決定變形內壓決定壁厚、回填決定變形涂料防腐厚度和破損程度決定封閉效果涂料防腐厚度和破損程度決定封閉效果現場焊接和補口質量決定接口破壞的發生現場焊接和補口質量決定接口破壞的發生整體連接使其具有良好的抗震性能整體連接使其具有良好的

10、抗震性能2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇球墨鑄鐵管管道質量穩定、適應性強、技術可靠、安裝快捷、維護簡便質量穩定、適應性強、技術可靠、安裝快捷、維護簡便壓力輸水起家壓力輸水起家埋地管道特性埋地管道特性具有良好的抗內壓性能具有良好的抗內壓性能材料強度和延伸性滿足抗內外壓承載能力材料強度和延伸性滿足抗內外壓承載能力半剛性管道半剛性管道特征特征通過變形抗外壓、材料強度限制變形量通過變形抗外壓、材料強度限制變形量埋地管道管土共同工作使變形可控埋地管道管土共同工作使變形可控質量穩定、高效安裝質量穩定、高效安裝工業化制品質量保證率高工

11、業化制品質量保證率高滿足市政給水工程管徑范圍廣滿足市政給水工程管徑范圍廣不同接口類型可滿足工程不同需求不同接口類型可滿足工程不同需求不斷發展不斷發展管材壁厚的管材壁厚的K K類、類、C C類等級選擇類等級選擇接口類型的不斷擴展接口類型的不斷擴展防腐材料、涂裝工藝的不斷改進防腐材料、涂裝工藝的不斷改進非非開挖用管材擴展適用范圍開挖用管材擴展適用范圍架空敷設管道的附件配套架空敷設管道的附件配套管道缺陷評估和修復技術體系建立管道缺陷評估和修復技術體系建立重點關注重點關注內壓決定壁厚、回填決定變形內壓決定壁厚、回填決定變形管道環向撓曲變形量的有效控制管道環向撓曲變形量的有效控制管道接口轉角允許變形量的

12、嚴格控制管道接口轉角允許變形量的嚴格控制2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇熱塑性塑料管道彈塑特性、長期性能、嚴控材料、合理設計彈塑特性、長期性能、嚴控材料、合理設計給水管道起家給水管道起家壓力管道特性壓力管道特性具有良好的抗拉性能和延展性具有良好的抗拉性能和延展性抗內壓和外壓能力基本匹配抗內壓和外壓能力基本匹配柔性管道特征柔性管道特征以壁厚和變形適應低模量、低強度的特性以壁厚和變形適應低模量、低強度的特性埋地埋地管道的管土管道的管土共同工作使變形共同工作使變形可控可控產品高效、材料耐腐、產品高效、材料耐腐、安裝簡便安裝簡便

13、建筑給水工程中不可替代建筑給水工程中不可替代市政中、小口徑給水工程優勢明顯市政中、小口徑給水工程優勢明顯不斷發展不斷發展提高材料性能和產品尺寸的穩定性提高材料性能和產品尺寸的穩定性管道接口裝備和監控技術的不斷進步管道接口裝備和監控技術的不斷進步現場現場安裝的技術指導安裝的技術指導非非開挖敷設與管道修復的廣泛應用開挖敷設與管道修復的廣泛應用重點關注重點關注材料力學性能與時間和溫度密切相關材料力學性能與時間和溫度密切相關環環向非橢圓撓曲變形的影響向非橢圓撓曲變形的影響管材表面傷痕和現場堆放的保護管材表面傷痕和現場堆放的保護管材相容性對接口質量的重要性管材相容性對接口質量的重要性2024 給水大會（

14、第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇熱固性塑料管道彈塑特性、長期性能、嚴控制造、合理設計彈塑特性、長期性能、嚴控制造、合理設計壓力儲罐起家壓力儲罐起家高壓管道特性高壓管道特性以樹脂為基體纖維為增強材料的層合材料以樹脂為基體纖維為增強材料的層合材料連續連續纏繞纖維纏繞纖維提供高抗拉性能提供高抗拉性能熱固性樹脂提供纖維層間支撐和抗壓強度熱固性樹脂提供纖維層間支撐和抗壓強度半剛性半剛性管道特征管道特征撓曲變形引發層間分離破壞撓曲變形引發層間分離破壞埋地埋地管道的管土管道的管土共同工作使變形共同工作使變形可控可控產品高效、材料耐腐、產品高效、材料耐腐、

15、安裝簡便安裝簡便市政大、中口徑的高壓輸水工程優勢明顯市政大、中口徑的高壓輸水工程優勢明顯產品性能的可設計性使其滿足不同需求產品性能的可設計性使其滿足不同需求不斷發展不斷發展玻璃鋼管、玻璃鋼夾砂管玻璃鋼管、玻璃鋼夾砂管往復纏繞、離心澆筑、連續纏繞等往復纏繞、離心澆筑、連續纏繞等承插接口、套筒接口、粘貼接口承插接口、套筒接口、粘貼接口頂管、內襯修復工程頂管、內襯修復工程重點關注重點關注眾多管材眾多管材性能性能影響因素的嚴格把控影響因素的嚴格把控材料力學性能與時間和溫度密切相關材料力學性能與時間和溫度密切相關環環向非橢圓撓曲變形的影響向非橢圓撓曲變形的影響荷載作用穩定對斷絲累計效應的影響荷載作用穩定

16、對斷絲累計效應的影響2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇混凝土管道剛性管材、材料可控、嚴控制造、合理應用剛性管材、材料可控、嚴控制造、合理應用無壓輸水起家無壓輸水起家埋地管道特性埋地管道特性具有良好抗外壓性能具有良好抗外壓性能混凝土提供抗壓性能、鋼筋提供抗拉性能混凝土提供抗壓性能、鋼筋提供抗拉性能預應力可有效提高管道抗內壓性能預應力可有效提高管道抗內壓性能剛性剛性管道特征管道特征以材料達到極限強度為破壞特征以材料達到極限強度為破壞特征管道形變對側管道形變對側土不土不產生被動土壓力產生被動土壓力產品高效、材料耐腐、產品高效、材

17、料耐腐、安裝簡便安裝簡便市政中低壓輸水工程優勢明顯市政中低壓輸水工程優勢明顯產品性能的可設計性使其滿足不同需求產品性能的可設計性使其滿足不同需求不斷發展不斷發展鋼筋混凝土管、預應力鋼筋混凝土管、鋼筋混凝土管、預應力鋼筋混凝土管、預應力鋼筒混凝土管預應力鋼筒混凝土管承插接口、鋼承插接口、鎧式接口承插接口、鋼承插接口、鎧式接口頂管頂管工程、穿路套管工程工程、穿路套管工程重點關注重點關注腐蝕環境下管材的適用性腐蝕環境下管材的適用性大口徑管材運輸和安裝裝備配套大口徑管材運輸和安裝裝備配套預應力鋼絲斷絲的監測與維護預應力鋼絲斷絲的監測與維護PCCPPCCP管的合理應用管的合理應用2024 給水大會（第十

18、屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇其他管道不同需求、創新擴展、機理探索、工程驗證不同需求、創新擴展、機理探索、工程驗證復合管道復合管道纖維增強塑料纖維增強塑料玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維碳纖維、預浸纖維帶碳纖維、預浸纖維帶不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、聚乙烯不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、聚乙烯纖維纏繞、纖維編織纖維纏繞、纖維編織鋼塑復合管道鋼塑復合管道鋼板孔鋼塑復合管道鋼板孔鋼塑復合管道鋼絲網鋼塑復合管道、鋼骨架鋼塑復合管道鋼絲網鋼塑復合管道、鋼骨架鋼塑復合管道管道形變對側管道形變對側土不土不產生被動土壓力產生被動土壓力中

19、、小口徑的中、高壓輸水管道中、小口徑的中、高壓輸水管道竹纏繞管道竹纏繞管道竹篾為基材，熱固樹脂為膠黏劑的管材竹篾為基材，熱固樹脂為膠黏劑的管材中、低壓輸水管道中、低壓輸水管道修復用內襯管修復用內襯管翻轉式翻轉式熱水、蒸汽原位熱水、蒸汽原位固化內襯管固化內襯管拉入拉入式紫外光原位固化內襯管式紫外光原位固化內襯管圓圓織纖維增強塑料軟管織纖維增強塑料軟管頂管用管道頂管用管道混凝土管、鋼管、球墨鑄鐵管、混凝土管、鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管、硬聚氯乙烯管玻璃鋼夾砂管、硬聚氯乙烯管2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇材料特性材料特性

20、變形適應能力不同、強度冗余程度不同變形適應能力不同、強度冗余程度不同鋼與球墨鑄鐵的應力應變圖鋼與球墨鑄鐵的應力應變圖球墨鑄鐵應力應變圖球墨鑄鐵應力應變圖極限延伸率極限延伸率710%低碳鋼應力應變圖低碳鋼應力應變圖極限延伸率極限延伸率20%25%2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇材料特性材料特性2323條件、條件、5050年限、總體使用年限、總體使用(設計設計)系數、最小要求強度系數、最小要求強度（MRSMRS）塑料的應力應變圖塑料的應力應變圖長期應力應變圖長期應力應變圖性能隨時間降低或突變性能隨時間降低或突變短期應力應變圖

21、短期應力應變圖短期短期彈性、截面減小彈性、截面減小沖擊沖擊應力應變圖應力應變圖效能效能累計、降低壽命累計、降低壽命2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇工程措施工程措施溝槽形態、回填材料、壓實程度、環境擾動溝槽形態、回填材料、壓實程度、環境擾動管土共同工作管土共同工作土類別變形模量 103kN/m20.950.85粘土3.0粉質粘土5.01.0細沙5.01.0級配砂石7.03.0礫石10.05.02024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇給水管道工程結構設計的基本

22、原則1.1.滿足工程條件的基本要求滿足工程條件的基本要求工程設計年限、輸水工作壓力、運行波動壓力、埋設深度、地面附加條件、工程工程設計年限、輸水工作壓力、運行波動壓力、埋設深度、地面附加條件、工程地質環境、工程抗震設防要求、工程區域既有規劃、業主特殊要求地質環境、工程抗震設防要求、工程區域既有規劃、業主特殊要求2.2.滿足工程招標技術規定的標準體系滿足工程招標技術規定的標準體系必須滿足國家規范的規定，遵守國家標準和行業標準要求，執行招標文件規定的必須滿足國家規范的規定，遵守國家標準和行業標準要求，執行招標文件規定的團體標準。嚴格管控執行標準體系的技術配套和指標協調。團體標準。嚴格管控執行標準體

23、系的技術配套和指標協調。3.3.滿足工程安全、技術可行、經濟合理的要求滿足工程安全、技術可行、經濟合理的要求確定適用于管道敷設施工工藝的管材類型；確定適用于管道敷設施工工藝的管材類型；確定適用于管道輸送壓力的各類管材的最小管道壁厚或型號；確定適用于管道輸送壓力的各類管材的最小管道壁厚或型號；確定管材耐久性的防腐材料和工藝類型；確定管材耐久性的防腐材料和工藝類型；確定溝槽開挖與支護設計；確定溝槽開挖與支護設計；確定適用于管道抗外壓能力的溝槽回填材料、回填分層與壓實要求；確定適用于管道抗外壓能力的溝槽回填材料、回填分層與壓實要求；確定管材產品、設計驗算、施工驗收、運營維護全過程必須遵守的標準規范。

24、確定管材產品、設計驗算、施工驗收、運營維護全過程必須遵守的標準規范。2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇給水管道工程管材選擇的基本原則1.1.綜合工程技術要求選擇管材綜合工程技術要求選擇管材以結構設計成果為基礎，接合管材水力輸送性能，管道敷設施工工藝可行性以結構設計成果為基礎，接合管材水力輸送性能，管道敷設施工工藝可行性2.2.綜合工程工期和投資要求選擇管材綜合工程工期和投資要求選擇管材管材安裝類型、工程建設裝備能力、工程建設和運營維護綜合投資管材安裝類型、工程建設裝備能力、工程建設和運營維護綜合投資3.3.依據企業管理能力

25、選擇管材依據企業管理能力選擇管材單項工程管材類型不宜超過單項工程管材類型不宜超過2 2種，企業管理管網管材類型應予以控制種，企業管理管網管材類型應予以控制中中強等級腐蝕環境占比較大項目不宜采用金屬管材和混凝土管材強等級腐蝕環境占比較大項目不宜采用金屬管材和混凝土管材塑料管材必須嚴控材料質量穩定性，長期性能不得采用短期檢測等效替代塑料管材必須嚴控材料質量穩定性，長期性能不得采用短期檢測等效替代纖維增強復合材料管材必須進一步加強加工過程的在線監測纖維增強復合材料管材必須進一步加強加工過程的在線監測產品評價、施工與驗收時，設計文件規定的執行標準和技術指標必須嚴格遵守產品評價、施工與驗收時，設計文件規

26、定的執行標準和技術指標必須嚴格遵守管道運營必須配套監管體系，及時發現消除管道環境改變的影響因素管道運營必須配套監管體系，及時發現消除管道環境改變的影響因素全全生命周期管理理念應得以重視生命周期管理理念應得以重視管材標準體系完整、設計理論指標可靠、因素疏寡管理嚴控管材標準體系完整、設計理論指標可靠、因素疏寡管理嚴控2024 給水大會（第十屆）給水大會（第十屆）城鎮供水管網檢測與修復技術論壇城鎮供水管網檢測與修復技術論壇管材具備特有屬性管材具備特有屬性管道工程具有項目特定技術能力管道工程具有項目特定技術能力融合優勢融合優勢適合自己的就是合理的適合自己的就是合理的北京市市政工程設計研究北京市市政工程設計研究總院有限公司總院有限公司原原專業總工專業總工宋奇叵宋奇叵2024.5