段民華

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

0 引言

長(zhǎng)距離大規(guī)模的輸水工程，輸水管道線路長(zhǎng)、管徑大，工程投資的主要部分為管道投資，因此設(shè)計(jì)中在保證安全可靠的前提下，以經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行管材比選至關(guān)重要[1]。輸水線路的布設(shè)影響著工程管網(wǎng)的整體走向和施工難易程度，管材從技術(shù)成熟度和工程匹配性方面影響著工程的運(yùn)行和造價(jià)。本文以引韓濟(jì)饒供水工程為例，詳細(xì)論述管線布設(shè)比選過程和管材設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素，以確定設(shè)計(jì)最優(yōu)解。

1 工程概況

引韓濟(jì)饒供水工程是為緩解饒平縣沿海區(qū)域水資源供需矛盾，解決城鄉(xiāng)居民生活和其他行業(yè)的近遠(yuǎn)期用水需求而建設(shè)的。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括新建韓江取水口、意溪加壓泵站、輸水管道。其中，韓江引水部分在韓江潮州樞紐庫區(qū)左岸意東堤新建取水口，經(jīng)2.35 km自流輸水管線將原水引流至意溪泵站，通過泵站加壓送至高水水池，通過無壓隧洞后分兩支線分別輸水至饒平第二水廠和錢東擬建水廠。

2 輸水線路布設(shè)

根據(jù)長(zhǎng)距離輸水工程的經(jīng)驗(yàn)，本著技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行安全、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的原則，提高供水線路的安全性和可靠性。

2.1 線路方案布置

根據(jù)取水口位置和地形情況，針對(duì)取水口～泵站前池主管輸水線路擬定了兩條輸水線路進(jìn)行比選。

(1)方案一

取水口位于金山大橋下游約150 m處，先采用頂管穿過上津路路面寬度較窄的路段，后沿線采用鋼板樁支護(hù)形式繼續(xù)埋設(shè)于上津路路面以下，輸水管線直徑DN2200，途徑上津村、沙壩黃，穿過意東三路至樁號(hào)1+853.317，跨意溪河后至意溪泵站前池，樁號(hào)2+151.009，輸水管線長(zhǎng)約2.151 km。

(2)方案二

取水口位于金山大橋上游約650 m處，沿意南路向東北埋設(shè)一條DN2200輸水干管，途徑意溪鎮(zhèn)察內(nèi)村、東郊村，至樁號(hào)BJ1+591.554處管線折向東南，沿意溪河堤邊鋪設(shè)，至樁號(hào)BJ3+124.871與方案一樁號(hào)1+853.317相交，樁號(hào)BJ3+124.871點(diǎn)以后的管線布置與方案一相同。輸水管線主管長(zhǎng)約3.423 km。

兩個(gè)方案輸水管線布置方案見圖1。

圖1 輸水管線方案比選布置圖

2.2 線路方案比較

兩方案針對(duì)前面管線布置不同處，分別從供水條件、移民、征地、施工條件、工程維護(hù)管理及工程投資等方面對(duì)兩方案輸水主管線進(jìn)行比較。

2.2.1 供水條件

兩個(gè)布置方案輸水主管線分別長(zhǎng)1.853 km、3.125 km。方案一供水線路短，線路布置順直，水頭損失較?。环桨付┧€路長(zhǎng)，沿程水頭損失大，且管線鋪設(shè)曲折，局部水頭損失大。因此，從管線長(zhǎng)度及供水條件上看，方案一優(yōu)于方案二。

2.2.2 移民和征地

方案一管線沿上津路采用頂管穿過路面較窄的路段，其他路段采用鋼板樁支護(hù)埋設(shè)在上津路下，僅跨東三路后的管線需要臨時(shí)和永久征地，長(zhǎng)約910 m。方案二先采用鋼板樁支護(hù)埋設(shè)在意南路下，僅沿意溪河堤外布設(shè)至泵站前池段需要臨時(shí)和永久征地，長(zhǎng)約1530 m。因此，從移民征地上看，方案一優(yōu)于方案二。

2.2.3 施工條件

方案一管線沿上津路局部經(jīng)過房屋密集區(qū)輸水線路采用頂管方案，不會(huì)影響周邊環(huán)境和交通。頂管后約880 m用鋼板樁支護(hù)埋設(shè)于上津路下，僅對(duì)本段公路的交通有影響。方案二前1590 m管線用鋼板樁支護(hù)埋設(shè)于意南路下，意南路兩側(cè)房屋較上津路密集，施工對(duì)周邊居民居住條件及交通影響均較大。因此，從施工條件上看，方案一優(yōu)于方案二。

2.2.4 工程管理

方案一及方案二管線均局部經(jīng)過房屋密集區(qū)，對(duì)排氣閥、檢修閥井等附屬建筑物的布置帶來一定困難，管線及附屬建筑物設(shè)置在人群活動(dòng)較頻繁的地區(qū)，安全性存在一定隱患，人為破壞的可能性大，干擾因素多。從工程維護(hù)管理上看，兩方案無明顯差別。

2.2.5 工程投資

兩個(gè)輸水線路方案工程投資分別為6018萬元、10073萬元，方案二比方案一投資多4055萬元。因此，從工程投資上看，方案一優(yōu)于方案二。輸水主管線方案投資比選見表1。

表1 管線方案比選主要特性表

2.3 方案確定

輸水管線方案一在供水條件、工程占地及工程投資等方面優(yōu)于方案二，因此輸水主管線推薦方案一。

3 管材確定

3.1 管材基本特性

通過工程適用性分析，初步擬定鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼管和球墨鑄鐵管3種材料予以比選分析。

城市供水鋼管管材通常為Q235，具有良好的延展性，強(qiáng)度高，管材及附屬配件易加工。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管內(nèi)部嵌一層1.5 mm的鋼筒，管芯上采用機(jī)械張拉高強(qiáng)度鋼絲環(huán)繞施加預(yù)應(yīng)力，在外部噴涂水泥砂漿保護(hù)層。管材由于鋼筒套件的作用具有良好的防滲性。

球墨鑄鐵管材是鐵、硅和碳的合金，碳是以球狀游離石墨形態(tài)存在。具有良好的防腐性能，承壓能力強(qiáng)。內(nèi)防腐采用水泥砂漿，外防腐通常使用噴鋅和煤瀝青防腐漆，柔性接口，密封性好，對(duì)地形的適應(yīng)能力強(qiáng)。

各種管材優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2。

表2 管材優(yōu)缺點(diǎn)比較表

3.2 管材分析

由管網(wǎng)布設(shè)方案可知，工程新建設(shè)計(jì)流量5.0 m3/s的韓江取水口，采用單管輸水方案完成36.48 km長(zhǎng)度輸水，主管線長(zhǎng)25.55 km，兩條支線管長(zhǎng)10.94 km。參照同類工程經(jīng)驗(yàn)，擬定主管采用DN2200管徑，支管采用DN1600管徑。各種管材的投資見圖2。

圖2 各種管材的投資測(cè)算

鑒于鋼管(SP)和球墨鑄鐵管(DIP)的糙率系數(shù)較小，輸水損失小，可在同樣條件下選取比PCCP管材縮小一個(gè)級(jí)別的管徑。

由圖2可知，管徑DN1000～DN3000范圍內(nèi)，三種管材在同管徑下，鋼管造價(jià)最高。在DN1800～DN3000范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管最經(jīng)濟(jì)，其次是球墨鑄鐵管，鑒于同樣條件下球墨鑄鐵管管徑可以小一個(gè)級(jí)別，其造價(jià)比預(yù)應(yīng)力鋼筒管較小。因此，供水管徑在DN1800～DN3000范圍內(nèi)時(shí)，選用預(yù)應(yīng)力鋼筒管為主管材較為合理。當(dāng)管徑在DN1000～DN1600范圍內(nèi)時(shí)，選用球墨鑄鐵管為主管材較為合理。

長(zhǎng)距離輸水工程的管道結(jié)構(gòu)型式應(yīng)結(jié)合工況因地制宜，分段布設(shè)，采用多種形式做到管線方案既經(jīng)濟(jì)又安全。從工程地質(zhì)情況出發(fā)，結(jié)合管線沿線布置情況，在確保供水安全的前提下，節(jié)省工程投資，綜合比選確定了分段布設(shè)不同管材的原則。

3.3 綜合確定

通過三種管材的綜合比較，結(jié)合管材的耐久性和經(jīng)濟(jì)型考量，確定工程埋管段DN2200主管材需要滿足壽命長(zhǎng)、造價(jià)低、接口密封性號(hào)，因此選用預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管；埋管段DN1600主管需滿足管材強(qiáng)度高，防腐和防滲性能好，具有良好的伸縮性和可撓度而選用球墨鑄鐵管，對(duì)地基的不均勻沉降變形適應(yīng)能力強(qiáng)，施工安全簡(jiǎn)單便捷?？绾映凉軇t采用鋼管，利用其適應(yīng)變形能力強(qiáng)、施工容易、管道無滲漏的優(yōu)點(diǎn)；公路下埋管、跨河溝埋管采用鋼管外包混凝土，外包混凝土厚度不小于500 mm。

4 結(jié)語

管線布設(shè)應(yīng)綜合考慮施工條件、工程管理和移民投資，管材選用應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)分段確定最優(yōu)管材型式。以上各因素相互影響，相互制約，針對(duì)不同的工程環(huán)境對(duì)結(jié)果的影響權(quán)重亦有差異。因此，結(jié)合實(shí)際工況，充分比選各方案的優(yōu)缺點(diǎn)因地制宜分段選定是此類工程設(shè)計(jì)研究的主要思路。