本发明涉及一种管道及其制备方法，该管道用于输水、油等流体。
背景技术：
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。以输水管道为例，输水管道是从水库、调压室、前池向水轮机或由水泵向高处送水，以及埋设在土石坝坝体底部、地面下或露天设置的过水管道。可用于灌溉、水力发电、城镇供水、排水、排放泥沙、放空水库、施工导流配合溢洪道宣泄洪水等。
在长距离、大流量的引调水工程中，管材的选择至关重要，它既是保证供水系统安全的关键，又是决定工程造价和运行经费所在。目前国内用于输水的管道，主要有钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管和夹砂玻璃钢管。但是，这些管材都各自存在缺陷，具体表现为：钢管造价高，抗外压能力较差，且施工工序复杂；球墨铸铁管单位长度造价比较高，连接方式比较复杂，且笨重，管径偏小；夹砂玻璃钢管为柔性管道，抗外压能力较差，对沟槽回填要求高，用量及用途有限；预应力钢筒混凝土管在混凝土管芯外壁缠绕一层或多层预应力钢丝来承受较高的内水压力和外荷载，由于预应力钢丝外侧由干砂浆保护，耐腐蚀性相对较差，爆管失效情况不断发生，管材耐久性差。
因此，急需研制一种能够承受高内压和高外压，耐久性好，造价较低的管道，以克服目前工程设计施工中管道选型困难的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述不足提供一种管道及其制备方法，该管道能够承受高内压和高外压，具有良好的抗渗性和耐久性，且造价较低。
为了实现上述目的，本发明提供一种管道，该管道包括混凝土管和套装于所述混凝土管外的金属管，所述混凝土管与所述金属管之间具有径向间隙，所述混凝土管与所述金属管的两端连接以在两者之间形成空腔，所述空腔内形成有注浆层。
优选地，所述混凝土管的两端分别设有金属连接件，所述混凝土管通过所述金属连接件与所述金属管的两端封闭焊接以形成封闭空腔。
优选地，所述混凝土管的两端通过胶粘剂与所述金属管的两端封闭连接以形成封闭空腔。
优选地，所述管道的两端设置有相互匹配的承口接头和插口接头。
优选地，所述混凝土管配置有钢筋，所述钢筋为玻璃纤维筋或碳纤维筋。
优选地，所述金属管为钢管或球墨铸铁管。
优选地，所述金属管为玻璃钢管，所述金属连接件为玻璃钢环。
优选地，所述金属管的外周面上设有防腐层，该防腐层为防锈漆、沥青类材料、混凝土、水泥砂浆或树脂。
优选地，所述混凝土管受所述注浆层和所述金属管的挤压形成环向的预压应力。
本发明还提供一种以上所述管道的制备方法，该方法包括在所述空腔内注浆加压以形成所述注浆层，所述注浆加压的方法包括：
在所述管道上分别安装连通所述空腔的进浆管、出浆管和排气管，所述进浆管在竖直方向上的位置低于所述出浆管和排气管；
将制好的浆液通过所述进浆管对所述空腔进行注浆，待所述空腔排气完毕后关闭所述出浆管和排气管，持续注浆加压直到预定压力后关闭所述进浆管，停止注浆；
待所述空腔内浆液初凝达到一定强度后拆除所述进浆管、出浆管和排气管。
通过上述技术方案，本发明的管道在输送水、油等流体时，能够承受高内压和高外压，具有良好的抗渗性和耐久性，而且造价较低，解决了目前工程设计施工中管道选型困难的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明管道的一种实施方式的结构示意图；
图2是图1的a-a剖视图；
图3是图2的管道承插口连接示意图；
图4是图1管道的制备方法中进浆管、出浆管和排气管的安装示意图；
图5是本发明管道的又一种实施方式的剖面图；
图6是图5管道的制备方法中进浆管、出浆管和排气管的安装示意图。
附图标记说明
1混凝土管2金属管
3注浆层4金属连接件
5承口接头6插口接头
61凹槽62密封橡胶圈
7防腐层8进浆管
9出浆管10排气管
11接缝填料81进浆管闸阀
91出浆管闸阀101排气管闸阀
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种管道，该管道包括混凝土管1和套装于所述混凝土管1外的金属管2，所述混凝土管1与所述金属管2之间具有径向间隙，所述混凝土管1与所述金属管2的两端连接以在两者之间形成空腔，所述空腔内形成有注浆层3(参见图1)。其中，所述混凝土管1因所述注浆层3和所述金属管2的挤压而形成环向的预压应力。
对于可承受高内压、高外压的管道，目前工程中常用的管型为预应力钢筒混凝土管(pccp)和混凝土包封钢管，但是pccp管的预应力钢丝腐蚀破坏、爆管失效的情况不断发生，而混凝土包封钢管是钢管、垫层与外包混凝土的组合结构，需要现场支模浇筑，不能实现工厂化生产。本发明通过采用金属管-混凝土管间隙注浆法形成金属管-混凝土管复合预应力管道，该管道相比现有技术中的钢管管道具有更大的刚度，而且其预应力由金属管提供，不存在pccp管预应力钢丝断丝的问题，能够承受高内压和高外压，具有更好的抗渗性和耐久性。
本发明中，金属管2是管道防渗的主要部件，混凝土管1是管道的主要受力结构，其承受金属管2约束产生的预压应力，与金属管2一起承担内压力。本发明的管道克服了目前市场上常用管道存在的可靠度和耐久性差，造价高，施工安装复杂，适用管径范围小或无法承受高内压等问题，其具有快速装配，便于机械化作业，具有良好的抗渗性及耐久性，造价合理等优点，而且特别适合大口径、抗高内压的管道设计要求。
在本发明中，为了更好的对所述径向间隙进行注浆加压以形成预应力，所述空腔优选设置为封闭空腔。根据本发明的一种实施方式，在所述混凝土管1的两端分别设置金属连接件4，所述混凝土管1通过所述金属连接件4与所述金属管2的两端封闭焊接以形成封闭空腔。根据本发明的另一种实施方式，所述混凝土管1的两端通过胶粘剂与所述金属管2的两端封闭连接以形成封闭空腔。
为了使本发明的管道具有任意长度以适应各种不同需求，本发明还在管道的两端设置有相互匹配的承口接头5和插口接头6，以便于多跟所述管道进行连接。具体地，如图3所示，一根管道的插口接头6与另一根管道的承口接头5相连接，另外还可以在两者的接缝处设置接缝填料11，以提高管道的整体密封性。
根据本发明的一种实施方式，如图5所示，所述承口接头5和所述插口接头6分别设置于所述混凝土管1的两端。
根据本发明的另一种实施方式，如图2所示，所述承口接头5和所述插口接头6分别设置于所述金属管2的两端。其中，作为优选，所述承口接头5呈钟形，所述插口接头6的外周面上形成有凹槽61，该凹槽61内填充有密封橡胶圈62。承口接头5和插口接头6作为管道的连接件和密封件，两者工作面的径向配合间隙优选为0.5mm-2mm。此外，呈钟形的承口接头5具有安装自定位的作用；凹槽61可以设置为多个，优选为2个，在每个凹槽内填充密封橡胶圈后，密封橡胶圈会受到双向挤压，形成较好的密封力。
为了加强混凝土管的抗压强度，还可以在混凝土管中配置钢筋，所述钢筋可以为玻璃纤维筋或碳纤维筋等。
另外，由于在注浆层注浆后存在浆液硬化收缩的问题，因此，为了保证施加的预应力，应尽量使混凝土管与金属管之间的径向间隙较小，但应能保证灌浆密实，为此可根据灌浆材料的可灌性确定，例如采用水泥浆时最好不小于1mm。
本发明中，所述金属管2可以是钢管或球墨铸铁管等。所述金属管2还可以是玻璃钢管，相应地，所述金属连接件4为玻璃钢环。而且还可以在所述金属管2的外周面上设置防腐层7，该防腐层7可以是防锈漆、沥青类材料、混凝土、水泥砂浆或树脂等材料。
本发明还提供一种以上所述管道的制备方法，下面通过实施例及附图4和6具体介绍本发明管道的制备方法：
实施例
a、承、插口接头的制备
由承、插口钢板型材经剪切下料、卷圆焊接、轧边成型、胀圆等工序制得。
b、金属管的制备(以钢管为例)
将a中加工好的承、插口接头装在螺旋制筒机上，按设计要求将卷板卷成钢管，边卷边焊，使承、插口接头与钢管一次焊接成型，然后通过打压试验有无渗漏点。
c、混凝土管的制备
将预制钢筋进行绑扎，置于管道模具中，浇筑混凝土，经过高频强力震动，使混凝土密实成型，形成所述混凝土管。
d、将上述制备好的钢管套装于混凝土管外，对齐两端，并将设置于混凝土管两端的金属连接件与钢管的两端焊接封闭以在两者之间形成一个管壁状的封闭空腔，在该封闭空腔内注浆加压以形成注浆层；
其中，所述注浆加压的过程包括：
在管道上分别安装连通所述封闭空腔的进浆管8、出浆管9和排气管10，根据灌浆时管道的状态，在封闭空腔的较低处焊接进浆管，在封闭空腔的较高处焊接出浆管和排气管(即进浆管8在竖直方向上的位置低于出浆管9和排气管10，当管道直立放置时，排气管10应位于管道的最高点)，以便于注浆过程中排气，防止出现空洞)，进浆管8、出浆管9以及排气管10分别连接有闸阀(进浆管闸阀81、出浆管闸阀91、排气管闸阀101)，进浆管连接闸阀后还与注浆泵(灌浆泵)相连；
将制好的浆液通过进浆管8对所述封闭空腔进行注浆，首先进行排气，之后部分浆液回流，待排气完毕且稳定后关闭排气管10和出浆管9上的闸阀(此过程中应对混凝土管和钢管的变形进行监测)，持续加压直到预定压力后停止注浆；
待所述封闭空腔内浆液初凝具有一定强度后拆除进浆管、出浆管和排气管。
e、在钢管的外周面上涂防腐层，即得到本发明所述的管道。
在本发明中，所述浆液可采用常用的灌浆材料，优选水泥或水泥砂浆。水泥应新鲜，灌浆用水应符合拌制水工砼用水的要求，不含油污、淤泥等杂质，ph值及物质含量等应符合规定要求，拌浆水的温度最好不高于40℃。另外，水泥最好采用较小的水灰比，例如水灰比不大于0.45：1；所述浆液中还可添加减水剂，以减小浆液收缩。
本发明通过在金属管和混凝土管之间施加预应力，可以使金属管和混凝土管牢固结合，始终保持一个整体，确保受力时的整体性，既发挥了金属管不透水可靠性的优势，又发挥了钢筋混凝土抗外压的优势。此种结构形式可以充分发挥金属管的强度，承受较高内压，其与内部混凝土管共同承担外部压力，解决了钢管外压失稳问题，相对单独铺设的钢管可以有效减小钢管壁厚，而且寿命成倍增长，适用范围非常广泛。
此外，本发明的管道还具有如下优点：预应力施加方便，本发明金属管-混凝土管间隙注浆复合预应力管道的间隙注浆法解决了预应力施加困难的问题，加压快速方便，成本低；可以适用于大口径，高内压、高覆土的输水工程，该种管道可批量生产，施工工艺采用流水作业，可广泛应用于大口径、高内压输水管道的结构设计中，结构受力更加合理，具有较强的可实施性；耐久性好。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。