顏曉梅

(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)

1 工程概況

汕尾市區(qū)供水節(jié)水改造工程供水對(duì)象主要為汕尾市區(qū)、紅海灣開(kāi)發(fā)區(qū)的生活和工業(yè)用水，供水設(shè)計(jì)水平年：基準(zhǔn)年為2018年，近期設(shè)計(jì)水平年為2025年，遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)水平年為2035年。供水設(shè)計(jì)保證率城鄉(xiāng)生活供水設(shè)計(jì)保證率為97%，工業(yè)供水設(shè)計(jì)保證率為97%，農(nóng)田灌溉供水設(shè)計(jì)保證率為90%，年平均取水量為1.08億m3，設(shè)計(jì)供水流量為4.8 m3/s[1]。

工程等別為Ⅱ等大(2)型[2]，相應(yīng)主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。主要建筑物包括引水渠道、進(jìn)水閘、加壓泵站、渠道擋水閘、輸水管道、輸水隧洞、高位水池、過(guò)河倒虹吸等。次要永久建筑物包括管道檢修道路、廠區(qū)附屬建筑物等[3]。

本工程采用單線供水，輸水線路總長(zhǎng)為26.83 km(管道埋設(shè)長(zhǎng)度約為23.91 km，頂管長(zhǎng)為1.61 km，隧洞長(zhǎng)為0.31 km，利用現(xiàn)狀隧洞長(zhǎng)為1.0 km)。其中管線埋管段長(zhǎng)為23.91 km，其中普通埋管為23.16 km，跨一般渠道/河道埋管為0.43 km，穿一般公路埋管為0.32 km。其中高位水池前段埋管管材采用球墨鑄鐵管，高位水池后段埋管管材采用預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管。

2 輸水管道管材比選

在引調(diào)水工程中，輸水管道關(guān)乎著工程的成敗，且管線一般較長(zhǎng)，其涉及的工程投資很大，故應(yīng)對(duì)輸水管道各種材質(zhì)和管徑指標(biāo)進(jìn)行比選[4]。

汕尾市近年來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，人口集聚迅速，經(jīng)濟(jì)規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)狀供水能力不足，未能滿足汕尾城區(qū)發(fā)展用水需求。該項(xiàng)目的實(shí)施有利于解決現(xiàn)狀供水能力不足的問(wèn)題；有利于提高水資源利用效率，改善水生態(tài)、水環(huán)境的作用；同時(shí)提高了汕尾市區(qū)供水應(yīng)急保障能力，因此,輸水系統(tǒng)的安全運(yùn)行十分重要[5]。

2.1 選擇原則[6]

1) 管道配件齊全且貨源充足；

2) 封閉性好，運(yùn)行安全可靠；

3) 滿足內(nèi)外壓設(shè)計(jì)荷載要求；

4) 工程投資相對(duì)較低；

5) 管理維護(hù)方便；

6) 工程運(yùn)用廣泛。

2.2 方案的初步擬定

輸水管的選擇應(yīng)從工程的規(guī)模、設(shè)計(jì)壓力、地形地質(zhì)條件、投資及工期等方面進(jìn)行綜合比選[7]。對(duì)于引調(diào)水工程，多種材質(zhì)的管應(yīng)用均很廣泛，可以比選的有鋼管[8]、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管[9]、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管[10]、玻璃夾砂管[11]、球墨鑄鐵管[12]和現(xiàn)澆混凝土管[13]等。

本工程工期要求較緊，考慮工程投資因素，輸水管只有1直徑約為2 000 mm的管，承受最大內(nèi)水壓力約為0.6 MPa，整體埋深較淺，受外壓荷載不大。從以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，玻璃夾砂管質(zhì)量市場(chǎng)差異較大，運(yùn)行中容易受內(nèi)外壓而引起爆管；預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管接頭采用單膠圈密封設(shè)計(jì)，受地形的不均勻沉降因素，管口容易脫落漏水；現(xiàn)澆混凝土管受雨季等天氣影響很大，現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量難以保證，且工序相對(duì)較多，工期較長(zhǎng)。根據(jù)本工程布置及地形地質(zhì)等條件，考慮各種管的生產(chǎn)應(yīng)用情況、優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)已建類似工程經(jīng)驗(yàn)，初步選擇鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管及球墨鑄鐵管3種管作為本工程的比選方案。

2.3 優(yōu)缺點(diǎn)比較

3種管的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 管材優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.4 經(jīng)濟(jì)比較

經(jīng)對(duì)3種管材詢價(jià)及相關(guān)計(jì)算，3種管材各種管徑的綜合管材費(fèi)用見(jiàn)表2。

表2 管材投資對(duì)比 元/m

2.5 管材的選定

從表2中可以看出，同等管徑下，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管費(fèi)用最低；管徑不大于2.0 m時(shí)，球墨鑄鐵管比鋼管便宜；管徑大于2.0 m時(shí)，由于球墨鑄鐵管價(jià)格增加較大，鋼管比球墨鑄鐵管便宜。根據(jù)3種管材的優(yōu)缺點(diǎn)及國(guó)內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn)(見(jiàn)表1)，本著節(jié)約投資的目的，本工程管材選擇分段確定。經(jīng)初步計(jì)算，該工程輸水管的管徑在2.0 m，故管材選定如下，高位水池—管線末端管段約為21.35 km(有壓重力流輸水，內(nèi)壓較小)管材初擬采用性價(jià)比較高的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管；在取水口—高位水池管段約4.48 km(單管加壓輸水，內(nèi)壓較大)則采用受內(nèi)壓高、安全耐久、施工方便的球墨鑄鐵管；在過(guò)路、過(guò)溝、頂管等部位，考慮運(yùn)行維護(hù)相對(duì)困難，接頭采用焊接可靠的鋼管。

3 輸水管道管徑的比選

3.1 輸水管徑的選擇原則

本供水工程為長(zhǎng)距離的輸水工程，設(shè)計(jì)供水規(guī)模為4.8 m3/s。輸水管徑的選擇以供水工程的總投資現(xiàn)值最省，以及滿足各交水點(diǎn)的水頭要求為原則。

3.2 輸水管徑比選

針對(duì)選定的2種管材，選用范圍為1 400～2 600 mm進(jìn)行管徑比選。

根據(jù)輸水管道的設(shè)計(jì)成果及相關(guān)廠家的最新報(bào)價(jià)，計(jì)算不同管徑的輸水管道總造價(jià)(包括土建開(kāi)挖、回填費(fèi)用，管材運(yùn)輸及安裝費(fèi)用)，總投資按等額年金折現(xiàn)因子折算為等額年金；計(jì)算輸水管道的水頭損失[14]，根據(jù)電價(jià)計(jì)算年抽水電費(fèi)；總投資等額年金加上年抽水電費(fèi)為總的等額年費(fèi)用，通過(guò)年費(fèi)用合理值確定管徑。

管材在Q=4.8 m3/s、年抽水量W=1.08億m3相同的條件下，抽水電費(fèi)按電價(jià)0.62元/kWh；取內(nèi)部收益率為8%、計(jì)算期為50 a，計(jì)算得等額年金折算因子為0.081 74。

1) 取水口—高位水池管徑比選

取水口—高位水池管線總長(zhǎng)為4.48 km，管段設(shè)計(jì)流量為4.8 m3/s，管的糙率均取0.012，其各管徑年抽水電費(fèi)結(jié)果見(jiàn)表3，年費(fèi)用結(jié)果見(jiàn)表4。

從表3可以看出，管徑從1 400～2 600 mm，年抽水電費(fèi)用呈現(xiàn)隨著管徑的增加先減小的趨勢(shì)，且級(jí)差在逐漸減小?？傊?，管徑越大，年抽水電費(fèi)越少。

表3 年電費(fèi)比較

從表4可以看出，管徑從1 400～2 600 mm，年費(fèi)用呈現(xiàn)隨著管徑的增加先減小后增加的趨勢(shì)，在管徑為2 000 mm時(shí)的年費(fèi)用最小，其值為388.53萬(wàn)元，故該段輸水管道管徑選擇2 000 mm最為經(jīng)濟(jì)合理。

表4 年費(fèi)用比較

2) 高位水池—管線末端管徑比選

高位水池—管線末端管線總長(zhǎng)約為21.35 km，管段設(shè)計(jì)流量為4.8 m3/s，采管的糙率均取0.013，其各管徑年抽水電費(fèi)結(jié)果見(jiàn)表5，年費(fèi)用結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 年電費(fèi)比較

表6 年費(fèi)用比較

從表5可以看出，管徑從1 400～2 600 mm，年抽水電費(fèi)用呈現(xiàn)隨著管徑的增加先減小的趨勢(shì)，且級(jí)差在逐漸減小。總之，管徑越大，年抽水電費(fèi)越少。

從表6可以看出，管徑從1 400～2 600 mm，年費(fèi)用呈現(xiàn)隨著管徑的增加而減小的趨勢(shì)，且年費(fèi)用級(jí)差在逐漸縮小，當(dāng)管徑大于2 000 mm以后，年費(fèi)用減少不多?？紤]管徑大于2 000 mm以后，管壁厚度增加較多，重量增加較大，會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)的施工、安裝難度及費(fèi)用，也會(huì)對(duì)工期有不利影響。綜合以上因素，該段選擇D2000是相對(duì)合理的。

4 結(jié)語(yǔ)

汕尾市區(qū)供水節(jié)水改造工程是廣東省內(nèi)的大型供水項(xiàng)目，是汕尾市的重點(diǎn)項(xiàng)目。目前，該工程正在進(jìn)行施工建設(shè)。為保障飲水安全，目前我國(guó)有很多的流域內(nèi)或跨流域引調(diào)水項(xiàng)目正在開(kāi)展工作，考慮供水工程輸水管道有多種可選擇的管材，相同管材下有不同的管徑。為實(shí)現(xiàn)既保證工程安全穩(wěn)定運(yùn)行，又節(jié)約工程投資的目的，方案設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)工程的特點(diǎn)，進(jìn)行多種方案的比較工作，綜合選定適合的布置方案。