蘇國輝

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州 510000)

0 引言

在城市發(fā)展與水資源需求不斷增長的背景下,確保水源充足、水質(zhì)穩(wěn)定,成為城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。為此,我們從寧西電站引水涵、寧西泵站和輸水管道等方面出發(fā),通過合理布局與嚴(yán)格施工,旨在優(yōu)化供水系統(tǒng),提升供水能力,保障城市水資源的合理利用。本研究在現(xiàn)有供水體系的基礎(chǔ)上,提出了一種創(chuàng)新性的解決方案,以期為城市的可持續(xù)發(fā)展提供實(shí)質(zhì)性支持[1]。

1 供水現(xiàn)狀問題

興寧市城區(qū)的擴(kuò)張及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水范圍的擴(kuò)大,興寧市自來水廠供水規(guī)模逐年增加,目前第二自來水廠日平均處理自來水10.57萬 t(春節(jié)高峰期間為12.43萬 m3/d),超過原設(shè)計供水能力,亟需擴(kuò)建。由于第二自來水廠取水口在合水水庫壩下300 m處的寧江河道上取水,一方面取水規(guī)模不足,需要擴(kuò)建;另一方面取水口位于河道內(nèi)水質(zhì)不穩(wěn)定易受污染,需要遷建,因此本工程將第二自來水廠取水口遷移至合水水庫庫區(qū)取水。

2 工程規(guī)模布置

2.1 總體方案布置

選定的工程總布置由寧西電站引水涵、寧西泵站、寧西泵站～興寧市第二自來水廠1 299.4 m的輸水管道和其他管道附屬建筑物等組成。具體工程總體布置方案表述如下:

取水口位于合水水庫主壩右壩頭凹岸處,由寧西電站進(jìn)水事故閘及穿壩引水涵管等建筑物組成,本次建設(shè)維持現(xiàn)狀。

寧西泵站布置在寧西電站引水涵末端,現(xiàn)寧西電站站址處,此處地勢較平坦,地質(zhì)條件較好,場地開闊、交通方便。

原水輸水管道出泵房后在原寧西電站出口涵管位置沿合水灌區(qū)寧西干渠右岸渠堤布置,跨渠后沿渠左岸渠堤布置,穿越小山丘及小山丘后復(fù)墾平地后沿寧江河右岸布置,在現(xiàn)有鐵路橋橋墩處跨越寧江河,再沿522鄉(xiāng)道布置后爬坡穿過自來水廠圍墻后接入興寧市第二自來水廠新建沉淀池。輸水線路總長度約1.30 km,管直徑1.4 m,全線采用鋼管雙管布置,局部穿路、過溝及穿渠需外包混凝土[2]。

2.2 輸水涵管過流能力分析

由于本次興寧第二自來水廠遷建工程利用原寧西電站進(jìn)水管作為引水管,因此需保證在供給自來水廠原水時,不影響灌溉用水。即在水庫死水位132.5 m時,復(fù)核引水涵管最大過流能力是否大于6.88 m3/s(供水設(shè)計流量3.38 m3/s和灌溉設(shè)計流量3.50 m3/s之和)。

本次取水口利用原寧西電站進(jìn)水管,拆除引水涵末端(閥門位置)至寧西電站的原輸水管,引水涵末端(閥門位置)接“一叉三”接口?！耙徊嫒苯涌诔隹谧筮?順?biāo)鞣较?接直徑1.0 m的鋼管作為灌溉引水涵管,連接至合水灌區(qū)寧西干渠起點(diǎn)以提供灌溉用水;接口出口中間接直徑0.9 m的鋼管后進(jìn)入泵房接入水泵機(jī)組;接口出口右邊(順?biāo)鞣较?接直徑1.0 m的鋼管,直徑1.0 m的鋼管接 “一叉二”接口后接兩根直徑0.9 m的鋼管,再分別進(jìn)入泵房接入水泵機(jī)組[4]。各分岔口及鋼管轉(zhuǎn)彎處均采用C30混凝土鎮(zhèn)墩固定。

2.3 輸水管線規(guī)模

為保證原水在輸送途中不受污染,提高供水的安全性,本工程寧西泵站～第二水廠交水點(diǎn)的輸水管道采用自流輸水方式。本工程近期(2020)年最大取水量:15.79萬 m3/d(1.83 m3/s);遠(yuǎn)期最大取水量(2030年):29.21萬 m3/d(3.38 m3/s);遠(yuǎn)期最大取水量約為近期的2倍。因此寧西泵站～第二水廠交水點(diǎn)的輸水管道采用雙管,并在寧西泵站內(nèi)設(shè)置一個連通閥,則近期兩根管道可互為備用。根據(jù)水工布置,擬定輸水管線采用管徑為DN1400的鋼管,管線基本沿寧江河由北向南布置,輸水長度1.30 km。

3 輸水管道選擇

3.1 輸水線路選擇

管道出泵房后沿合水灌區(qū)寧西干渠右岸渠堤布置,穿寧西干渠后沿寧西干渠左岸布置,再轉(zhuǎn)至寧江河右岸沿寧江河右岸布置,在現(xiàn)有鐵路橋橋墩處跨越寧江河連接至第二自來水廠,線路總長度為 1 299.4 m。

3.2 輸水管道條數(shù)的選擇

根據(jù)地形及水力條件,本工程寧西泵站～第二水廠交水點(diǎn)的輸水管道采用加壓輸水方式。本工程近期(2020)年最大取水量15.79萬 m3/d(1.83 m3/s),遠(yuǎn)期最大取水量29.21萬 m3/d(3.38 m3/s),因此寧西泵站～第二水廠交水點(diǎn)的輸水管道采用雙管,并在寧西泵站外每條管設(shè)置一個電動蝶閥,則近期兩根管道可互為備用。

3.3 管材管徑選擇

城市的水源調(diào)節(jié)往往會選擇制成的Q235(即我國的普通碳素鋼標(biāo)準(zhǔn)編號)鋼板的鋼管,具有如下特征:

這種管件強(qiáng)度高,能夠應(yīng)對大的工作壓力,便于施工布置,調(diào)整范圍大且聯(lián)接方式多樣。另外,管路的漏水情況極少,而且單位長度的重量很輕,使其能夠有效地安裝跨越所有類型的障礙[4]。

3.4 輸水管道埋設(shè)及穿障礙物

管道基礎(chǔ)采用中砂基礎(chǔ),厚度為300 mm,設(shè)計支承角120°,以符合設(shè)計要求的原狀土層做持力層。

農(nóng)田里埋地管道兩側(cè)采用壓實(shí)性能較好的石屑回填,并達(dá)到相應(yīng)的壓實(shí)度要求,上部可采用原狀土分層壓實(shí)回填。管道埋設(shè)見圖1,埋設(shè)于山體時管道剖面圖如圖2。

圖1 農(nóng)田段管道剖面圖

管道下穿溝渠處或者覆土不足1 m時,為不破壞管道自身安全,采用C20素混凝土包封。管道跨越寧江河段為樁號YS0+903.13～YS0+992.29,管道跨越寧江河段采用原有鐵路橋橋墩架設(shè)鋼管,在橋墩上設(shè)置鋼板,用螺栓與原有橋墩固定,鋼管通過管卡型式固定于鋼板上。

此處寧江河寬約66 m,現(xiàn)狀墩墻由四跨組成,單跨約16.5 m,管道上彎出土轉(zhuǎn)角設(shè)混凝土鎮(zhèn)墩。

4 管道安裝技術(shù)方案

4.1 管道預(yù)制及防腐

制造預(yù)制管道的主要環(huán)節(jié)都在預(yù)制工作區(qū)內(nèi)完成,意在盡可能地減少固定焊口的焊接頻次。置于地面的鋼管和配件被預(yù)先做成管道部件,而這些部件的預(yù)制程度一般以運(yùn)輸和安裝的便利程度為標(biāo)準(zhǔn)來決定。

在開始安裝之前,必須先對碳鋼管道及相關(guān)管部件實(shí)施防腐操作,防腐后的管材應(yīng)存放在高出地面一段距離的木墊上。為了防止破壞管道外部的土層,墊子應(yīng)放在管道未涂防腐漆的部位。關(guān)于鋼管的內(nèi)壁和鋼部件,先進(jìn)行去銹工作,再涂兩遍IPN8710無毒底漆,然后涂兩遍IPN8710無毒防腐漆,使防腐涂層的厚度超過0.14 mm。

在防腐層制作完畢后,使用厚度測量儀進(jìn)行厚度的檢驗(yàn),并使用電壓設(shè)定為1 500 V的電火花泄露檢測儀對其進(jìn)行絕緣性能的檢查,任何不達(dá)標(biāo)的部分都需要重涂以保證質(zhì)量。

4.2 埋地管道安裝

在儲存、托持及運(yùn)輸鋼管的過程里,必須確保防腐層無損壞。同時,禁止在巖石或其他硬質(zhì)表面上儲存管子。在保存和運(yùn)輸過程中,需要保障管道的完好無損,不允許將管道拋或推入溝槽。

在建筑過程中,基于管材的直徑和潛入的深度,用機(jī)器與人力的聯(lián)合方式來進(jìn)行管材的鋪設(shè)。對于大型管材,用機(jī)器幫助進(jìn)行鋪設(shè),用起重機(jī)把管材吊進(jìn)溝渠里,用寬布帶進(jìn)行纏繞,以便于吊裝。采取兩點(diǎn)懸掛的方式,保證在吊裝過程中穩(wěn)定升起和放下。同時,在溝渠的基礎(chǔ)上設(shè)一個窩口,可以保證在拉出吊裝帶時不損害管材的涂層。在溝渠內(nèi)將管段進(jìn)行聯(lián)接,管線必須對正對直。

4.3 管道連接及閥門安裝

直管之間、直管與管件之間的連接都使用手動電弧焊接,而直管與閥門則通過法蘭來連結(jié)。在此項(xiàng)目中,鋼管的最大徑距為DN1428,焊接方法選擇了手動電弧焊接。在焊接開始前,會對焊接材料進(jìn)行工藝評估。

當(dāng)電弧焊焊接壁厚4 mm或以上的焊件時,我們選擇使用"V"型坡口;若壁厚低于4 mm,則選用"I"型坡口[7]。

4.4 管道試壓、清洗

安裝完畢管道后,需做水壓檢測。在做壓力檢測注水前,需保證管道以及閥門內(nèi)的雜物已清理干凈,并且管道未封的部分應(yīng)用法蘭盲板封住。所有的管道連接點(diǎn)及固定裝置都應(yīng)已穩(wěn)固安置。除了連線區(qū)以外,管道兩側(cè)及頂部之上的回填材料高度不應(yīng)低于半米。焊接縫隙的外部檢查和探查測試都需要合乎標(biāo)準(zhǔn),焊接縫隙處未經(jīng)涂油。

在進(jìn)行試壓之前,應(yīng)依據(jù)每個施工階段的實(shí)際情況提前協(xié)調(diào)水源,并準(zhǔn)備詳盡的試壓計劃才能執(zhí)行[8]。

將水從試驗(yàn)管道的最低端開始填充,直到所有的空氣都被排除出去。然后,讓充滿水的管道保持48 h,在此期間用電動試壓泵將壓力提高到規(guī)定的測試壓力,并一直維持這個壓力10 min。檢查過程中需確認(rèn)管道接口和管體沒有任何破損和泄露。若滿足上述要求,管道強(qiáng)度測試就可以說是合格的。接著,會進(jìn)行密封性測試。

當(dāng)?shù)叵鹿艿赖脑囼?yàn)合格之后,開始執(zhí)行接口防腐措施,并根據(jù)設(shè)計和規(guī)范的規(guī)定對管道溝進(jìn)行回填。

4.5 埋地管道回填

完成管線工程并經(jīng)過合格檢測后,應(yīng)馬上填充回土。在管道兩旁以及上方50 cm的回填區(qū)域中,不能含有沙石、碎磚、瓦渣等雜質(zhì)以及硬化泥塊?；靥钔翍?yīng)從溝壑兩邊平衡地填入,不能直接投擲在管道上,維持均穩(wěn)填充至其他部位,不能偏向一邊累積填充。

在土壤回填時,應(yīng)逐層處理,同時避免損傷管線。所有在管線兩旁和管線頂面向上50 cm以內(nèi)的部分,必須手動壓實(shí),管線兩側(cè)對于壓實(shí)的處理應(yīng)該分層進(jìn)行,確保每一層的厚度不大于30 cm。在回填過程中,應(yīng)確保管道槽道或開挖區(qū)域沒有積水。

5 管道施工質(zhì)量控制

5.1 管道安裝開挖回填質(zhì)量控制

管道在轉(zhuǎn)彎、三通、四通、異徑、堵頭及閥門井等位置處應(yīng)設(shè)置混凝土支墩,彎頭、支墩按要求制作,土的內(nèi)摩擦角為20°。借助管道插接頭,非線性管段可以順著曲線路線進(jìn)行安裝,同時不同管徑的轉(zhuǎn)角幅度須符合規(guī)定的限度。

通常使用直立挖掘方法來埋設(shè)輸水管道,并且當(dāng)溝道挖掘完畢后,應(yīng)該實(shí)行適當(dāng)?shù)呐潘呗砸员苊夤艿赖臄_動。所需的基底承載力特性值不應(yīng)低于100 KPa。此外,管道底基使用15 cm厚的中粗沙填充作為底層基礎(chǔ)。

管道回填時,給水管道從管道基礎(chǔ)頂面到管頂以上0.5 m范圍內(nèi)回填石屑。石屑層以上回填土應(yīng)分層夯實(shí)并滿足道路路基要求,管溝槽底不得超挖。遇到松軟地基應(yīng)進(jìn)行處理,遇到地下水位較高時應(yīng)做好施工排水,保證干槽施工。

5.2 管道焊接質(zhì)量控制

焊接時應(yīng)選擇合理的焊接順序,以減小鋼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和焊接變形;焊縫的完整性、強(qiáng)度等參數(shù)應(yīng)滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017-2003)等相關(guān)規(guī)范的要求。

焊縫質(zhì)量按一級焊縫質(zhì)量等級要求,焊縫檢測按《水電水利工程壓力鋼管制作安裝及驗(yàn)收規(guī)范 》(GB50766-2012 )及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)執(zhí)行。

鋼管焊接完成后,對焊接口進(jìn)行打磨處理,使管道接口平順,再進(jìn)行防腐處理。焊接鋼管下管時應(yīng)采用軟帶吊裝,以免破壞防腐層;如發(fā)現(xiàn)管道防腐層有損壞,應(yīng)立刻進(jìn)行防腐修補(bǔ)。

6 結(jié)語

(1)本文以通過建設(shè)興寧自來水廠遷建工程的運(yùn)輸配套設(shè)施工程。興寧市第二自來水廠取水、輸水構(gòu)筑物,工程任務(wù)為供水。管道出泵房后沿合水灌區(qū)寧西干渠右岸渠堤布置,穿寧西干渠后沿寧西干渠左岸布置,再轉(zhuǎn)至寧江河右岸沿寧江河右岸布置,在現(xiàn)有鐵路橋橋墩處跨越寧江河連接至第二自來水廠管道,管材選用Q345B管鋪設(shè),兩條管道互為備用,輸水管道采用加壓輸水方式。

(2)本工程的建設(shè)能有力地促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、加快構(gòu)建小康社會,對于保障水質(zhì)、確保人民用水安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,其社會效益十分顯著。建議在可能情況下,本工程結(jié)合其他市政配水管網(wǎng)項(xiàng)目共同規(guī)劃。