蒋岚岚 ，李大成 ，张万里 ，惠 炜

（1.无锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡 214072；2.无锡市排水公司，江苏无锡 214026）

0 前言

离心球墨铸铁管具有密封性好、抗内外压能力强、管道水力特性良好、施工方便及使用寿命长等特点，在给水工程领域得到了广泛的应用[1]。近年来，随着对污水管网抗变形、防渗漏标准的提高及降低综合造价的要求，使球墨铸铁管在污水管网工程中逐步启用。但是由于其在污水收集系统中的规模化应用刚刚起步，相关设计建造的工程经验和技术总结很少，本文结合无锡市芦村污水处理厂进厂第四通道的相关工程经验，在研究国内外成功案例和技术规范的基础上，初步总结了污水用离心球墨铸铁管的设计要点，为今后的规模化设计应用提供参考。

1 工程概况

为提高无锡市区环太湖地区污水收集能力，2010年初开始，无锡市排水公司建设了芦村污水处理厂进厂第四通道工程（见图1）。该工程设计总长20.02 km，总投资2.1亿元。

图1 污水第四通道管线走向图

其中，环太湖公路是江苏省公路交通网中一条主要交通干线，道路宽40 m，车流量大，是无锡市重要的交通枢纽之一。由于道路两侧建筑物密集，地下管网纵横交错，决定采用压力管方案以有效减小管径，降低管道埋深，减少沟槽断面，提高施工安全和便利性。工程起点为渔港泵站出水，工程终点为香雪路，污水压力干管由西向东，全长1.675 km，采用了DN800的污水用离心球墨铸铁管。

2 污水用离心球墨铸铁管的特点

2.1 密封性好，防渗漏能力强

污水管的渗漏问题是影响污水管正常运行的最大问题，证明了污水管在密封性上出现的问题最为严重。提高管道密封性包括以下几方面内容：（1）减少裂缝发生；（2）防止椭圆化变形；（3）防止管道接口错位。

球墨铸铁管是一种半刚性的管道，它克服了完全刚性和完全柔性管道在密封性上的相应弱点。首先，第一，球墨铸铁的延展性保证了管道在使用中极少出现裂缝的情况；第二，由于球墨铸铁管的平均径向刚度约为柔性管材的4倍，管道埋地后不易发生椭圆化变形；第三，承插式的连接形式保证了接口的密封性好，抗化学和杂散电流腐蚀能力强；第四，胶圈的柔性接口允许有一定的偏转角度，保证了管道在允许范围内的沉降或扰动不会出现接口间的渗漏[2]。

2.2 水力特性好

根据水泥砂浆内衬的金属管道的压力流管渠水力计算的基本公式可知，埋地污水压力管道的水力特性由材料的表面粗糙系数n和水力半径R所决定。当确定了管径之后，则主要取决于粗糙系数。由于球墨铸铁管内壁的高铝水泥衬层质地硬，表面平滑，相对于大口径污水压力管常用的钢管、PCCP管和预应力混凝土管而言，表面粗糙系数n略高于钢管而低于PCCP管和预应力混凝土管。

此外，在管道接口产生的局部损失方面，长管的水力特性优于短管。目前所使用的球墨铸铁污水管长度在6～8 m之间，大于PCCP管和预应力混凝土管。

2.3 使用寿命长

污水管的使用寿命取决于管道的耐腐蚀能力、抗磨损性能和材料本身的稳定性能等因素。首先，污水用球墨铸铁管通常采用喷锌+沥青漆外防腐和高铝水泥内衬涂层防腐模式，适用于绝大多数类型的土壤，具有良好的抗酸碱性和一定的耐高温性，使得球墨铸铁管的耐腐蚀能力强；其次，高铝水泥由于富含金属原子，质地硬，内壁的抗磨损性能优；最后，球墨铸铁管具有良好的机械强度，在抗压、韧性、耐冲击和耐震动等方面具有很大的优势，材料的稳定性能好。所以，球墨铸铁管的使用寿命长，可达50 a以上。

2.4 施工方便可靠

污水管道在运行中的性能与施工过程的质量控制密切相关。埋地管道承载负荷的能力大多是通过回填材料和基础来实现的，柔性材料管道主要依赖于管土共同作用来弥补其刚性的不足，而球墨铸铁管由于本身较强的机械强度，在大部分的安装条件下，对基础和回填的要求很低，可以采用素土基础并直接用沟槽原状土回填，施工安装方便可靠；另一方面，由于采用承插式安装，在管道允许偏转角范围内可适当调整横向及竖向管位，施工速度快，受天气和地下水位的影响小，可有效保证施工的进度。

3 工程设计要点及技术要求

3.1 水文地质情况简介

管道所处地层水文地质状况变化较大，地下水位偏高。根据管道埋深不同分别位于杂填土层、粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层、粉质粘土夹粉土层。大部分位于淤泥质粉质粘土层和粉质粘土夹粉土层，属于软弱地基，局部土壤易产生流砂。

3.2 设计要点分析

首先，根据水文地质情况分析，该路段地质条件差，沉降不均匀，管道接口对于地面沉降和变形应有一定的抵抗能力。其次，由于环太湖公路为重要的交通干线，要求尽可能缩短施工周期，同时提高管道密封性，延长使用寿命，减少因管道维修及改建对公路的影响。另外，由于输送介质为污水泵站压力出水，要求管道的抗腐蚀性和耐压性能强。

3.3 管材的确定

通过对上述设计要点的综合比选，确定采用污水用球墨铸铁管。经受力计算分析，工程中采用的球墨铸铁管径向刚度≥16 kN/m2，抗拉强度≥420 MPa，伸长率≥10%，耐压等级C25，单节管长6 m，壁厚不小于9.6 mm。

3.4 管材技术要求

3.4.1 管材标准

在该工程设计时国内针对污水用球墨铸铁管的管材标准正在制订中，因此只能采用国际标准《Ductile iron products forsewage applications》（ISO7186：1996）作为参考。目前，国家标准《污水用球墨铸铁管、管件和附件》（GB/T26081-2010）刚刚于2011年10月1日起实施，新设计管道应采用此国家标准，并应规定径向刚度、抗拉强度、伸长率、耐压等级等技术指标。

3.4.2防腐要求

根据使用的内外部条件的腐蚀性特征因素选择球墨铸铁管的内外表面防腐涂层。该工程外防腐选用喷涂金属锌+环氧树脂涂层，喷锌涂层应符合GB/T17456.1-2009的规定；内防腐采用高铝水泥砂浆内衬，衬层应符合GB/T17457-2009和GB/T17671-1999的规定。

3.4.3胶圈要求

球墨铸铁管承插式接口的密封性胶圈应采用耐油耐腐蚀的污水用胶圈，其材质、硬度、抗拉强度和延伸率应符合GB/T21873-2008的规定，并确保表面平整无明显裂纹。

3.5 管道平面定线

该工程污水管主要在现状道路下铺设，在管道平面定线时需进行综合平衡。为避让现状的地下管线、地上杆线和地面障碍物等，污水管线无法完全顺直敷设；另一方面，由于输送的是有压力污水，无法设置重力式的检查井，在转弯处必须采用弯头等配件连接。由于球墨铸铁管是离心铸造的，其弯头角度是特定的，一般仅有 11.25°、22.5°、45°和90°几种规格，同时为减少弯头处局部角度大产生的局部损失，在平面设计时应充分利用球墨铸铁管接头处的偏转角。由于不同管径的管道有不同角度的偏转角且实际偏转角不能大于允许偏转角，故应在综合考虑管径、单节管长、每处接口允许偏转角等几方面因素下绘制利用偏转角借转管道的大样图。当采用偏转角无法借转或局部小范围内必须借转角度时则根据需要采用标准弯头。

3.6 附属构筑物

3.6.1压力检修井

为方便运行检修，在压力污水管的大角度转弯处和直线段一定距离处需设置压力检修井。压力检修井既不同于污水工程的重力式检查井也不同于给水工程的阀门井，但可参考给水阀门井设置，一般不采用阀门而采用检修三通管，如图2所示，上部设密封法兰盖板。设计说明中应明确参考的阀门井的规格和检修三通管的形状、尺寸和接口类型等。

图2 球墨铸铁检修三通管示意图

3.6.2排气阀

为排除运行时从水中释出的气体以及排出管线投产时或检修后通水时管线内的空气，以免气体积在管中减小过水断面增大水头损失。一般随地形起伏敷设，在高处隆起点设排气阀。该工程结合2处过河桥管设置了DN100双口排气阀。

3.6.3泄水井

为排除管中的沉积物以及检修时放空管道内的存水，在管线的最低点处须设置泄水阀井。泄水阀与泄水管连接，其管径由所需的排空时间决定。该工程设置2处泄水阀井，采用DN300泄水管。

4 结语

该工程为污水用离心球墨铸铁管在无锡市的首次应用，经过8个月的建设，该工程于2011年8月完工，工程质量达到优良。作为一种新型的排污管材，污水用球墨铸铁管具有密封性好、水力条件优、施工方便、使用寿命长等优点，其在市政污水工程中将有较广泛的应用前景。该工程的建成对完善无锡市芦村污水处理厂排水系统起到了十分重要的作用，同时也为污水用球墨铸铁管的应用积累了大量的设计施工经验。由于相关国家标准刚刚实施，希望对同类型污水收集系统工程建设有一定的借鉴作用。

[1]肖育诚.球墨铸铁管与灰口铸铁管在给水工程中应用的经济技术比较[J].给水排水，1997，23(2)：53-54.

[2]戴维生，赵勇，徐海峰.大口径污水用离心球墨铸铁管的工程应用实践[J].中国给水排水，2011，27(8)：106-108.