塑料管道代替金屬管道用于高速公路隧道機電預留預埋工程的社會經(jīng)濟效益分析

關鈴英

塑料管道代替金屬管道用于高速公路隧道機電預留預埋工程的社會經(jīng)濟效益分析

關鈴英

（南平市高速公路有限責任公司，南平353000）

摘要闡述了高速公路隧道機電預留預埋工程現(xiàn)狀及存在問題，介紹了高速公路隧道機電預留預埋新材料應用實驗，量化分析了用新型塑料管道替代金屬管道實驗的經(jīng)濟效益和社會效益。

關鍵詞高速公路隧道機電預留預埋工程現(xiàn)狀與問題新材料應用實驗經(jīng)濟與社會效益

1　前言

近年來，隨著高速公路建設的縱深發(fā)展，規(guī)劃在建和擬建高速公路更多地分布在山區(qū)，隧道和橋梁所占的比例越來越大，部分路段甚至達到70%以上，隧道工程的建設和隧道機電工程也隨之越來越多。而隧道機電工程預留預埋施工質(zhì)量與高速公路工程建設建成后能否安全、穩(wěn)定、高效的運行息息相關，因此，嚴格控制隧道機電預留預埋工程的施工管理質(zhì)量從而提高機電工程施工質(zhì)量是高速公路工程建設的重中之重。

2　我省高速公路隧道機電預留預埋工程現(xiàn)狀及存在問題

2.1我省高速公路隧道機電預留預埋工程現(xiàn)狀

我省高速公路隧道內(nèi)通風、照明、監(jiān)控、消防系統(tǒng)等預埋管道類型較少，主要以金屬管道為主，大致情況如下：

隧道頂沿洞軸線方向，一般設計預埋2～4根JDG-50緊定式薄壁鍍鋅鋼管用于照明和通風系統(tǒng)，沿線設接線盒接引電源線至燈具或風機，接線盒間距（即管長）分為進口段、過渡段、基本段、出口段，1.1～7m長度不等（不同設計院可能設計間距不同）；隧道側(cè)壁至拱頂一般埋設3～8根厚壁鍍鋅鋼管60×2.0～3.5沿隧道斷面彎曲敷設，將配電洞室電源引至隧道拱頂接線盒；監(jiān)控、消防系統(tǒng)預留洞（室）之間或洞（室）至電纜溝之間一般埋設單根厚壁鍍鋅鋼管Φ60×2.0～3.5。

預埋接線盒尺寸為250mm×250mm×250mm，其他工程也有 250mm×250mm×180mm或 180mm×180mm× 200mm規(guī)格，接線盒一般要求鍍鋅鋼板壁厚3mm。

在隧道二襯施工之前，將預留預埋接線盒和管道暗敷于模板內(nèi)，然后澆注二襯混凝土。

2.2存在問題

在土建施工期，為了給機電工程施工時預留穿線空間和保護線纜，預先敷設于隧道二襯混凝土中的管道稱為隧道機電預留預埋管道。目前主要采用金屬預埋管道，在施工中普遍存在以下問題：

（1）鍍鋅鋼管的加工部位易受損銹蝕，影響使用壽命。

（2）鍍鋅鋼管斷管后，管口毛刺多，打磨工程量大。

（3）兩管接續(xù)需用金屬套管焊接工藝或?qū)I(yè)接續(xù)件接續(xù)，施工較為復雜，導致個別施工單位不按施工要求，采用管口對接后用膠布纏繞或直接對焊等，造成管道錯位堵塞和毛刺多等諸多問題。

（4）鍍鋅鋼管的彎曲段需要采用專用設備制作或?qū)Ｓ门浼B接，施工投入大，導致個別施工單位未按要求施工，采用切口彎管或強行硬彎等，造成管道變形、管內(nèi)毛刺多及管內(nèi)漏漿堵塞等問題。

（5）緊定式鋼導管接頭管件市場長短不一，施工單位容易混淆使用，如使用不當，會造成管間或管盒連接不牢、漏漿堵塞。

以上存在問題時常導致管路堵塞、堵死，或者穿纜后線纜破損，使得本應保護線纜的管道成為傷害線纜的殺手，成為影響機電工程施工和電氣設備安全運行的質(zhì)量通病。機電工程往往未施工先整改，既影響質(zhì)量又影響工期還增加投入。平均每公里隧道投入10～80萬元進行整改。因此，迫切需要選擇其他材料管道來代替鍍鋅鋼管用于高速公路隧道機電預留預埋工程。

3　高速公路隧道機電預留預埋新材料應用實驗

塑料管材因具有節(jié)能、節(jié)材、保護生態(tài)、施工便捷等優(yōu)點，目前廣泛應用于市政、建筑和城鎮(zhèn)給排水、電力、通訊以及燃氣管等領域，成為新世紀建設管網(wǎng)的主力軍。

通過對管道市場的調(diào)查和篩選，選擇1根PVC-U四孔柵格管替代隧道頂沿洞軸線方向4根緊定式薄壁鍍鋅鋼管，選擇HDPE管替代沿隧道橫斷面環(huán)向敷設的鍍鋅鋼管，技術參數(shù)和性能滿足高速公路隧道機電預留預埋要求。

2013年3月，南平京臺高速A7合同段苦竹1#、2#隧道高速公路隧道機電預留預埋新材料應用實驗取得成功。隨后在南平市在建的延順、邵光、南平聯(lián)絡線高速公路進一步擴大應用實驗范圍，成果顯著。應用情況詳見表1。

表1　各在建項目長度及配電洞數(shù)量表

4　效益分析

與現(xiàn)行隧道機電預埋材料比較，新材料應用實驗首先解決了使用鋼管存在的質(zhì)量通病問題，其優(yōu)點：一是導管在一定彎曲半徑內(nèi)可任意彎曲，不需要專用設備；二是切割方便，導管內(nèi)壁光滑，斷管后，管口無需打磨處理，無毛刺；三是導管連接方便，工藝簡單，牢固可靠；四是導管預埋在砼內(nèi)不會銹蝕，使用壽命長（可達50年），不需做防腐處理。

新材料不僅方便施工，解決鋼管固有的質(zhì)量通病，而且降低了材料成本消耗，節(jié)省了鋼材和金屬材料的消耗。同時節(jié)約資源，減少了金屬材料從開采到冶煉再到加工各環(huán)節(jié)的能源消耗，減少了運輸成本，有著巨大的經(jīng)濟和社會效益。

4.1直接經(jīng)濟效益分析

高速公路隧道機電預留預埋新材料應用實驗節(jié)約投資主要體現(xiàn)在兩個方面：

4.1.1材料成本和施工成本降低

在沿隧道軸向采用1根4孔PVC-U柵格管代替4根鍍鋅鋼管，大大降低了材料成本；新材料PVC-U柵格管和HDPE管比金屬管道施工簡便，大大提高了施工速度，本實驗材料成本共降低2002.68萬元。詳細計算過程見表2～表4。

表2　各在建項目鍍鋅鋼管投資預算

表3　各在建項目新材料投資預算

表4　各項目鍍鋅鋼管與新材料投資成本預算對比分析

減少施工成本：根據(jù)以往施工經(jīng)驗，平均每公里隧道投入10～80萬元進行機電預留預埋整改。按照平均整改費用20萬元/km隧道計算，本項目預計可減少整改投入142.68×20=2853.6萬元。

4.1.2減少運營維護費用

早期運營的高速公路通風照明系統(tǒng)故障多發(fā)，主要是預埋管內(nèi)毛刺刮傷電線，如福銀高速南平段運營前期3年就將所有BV線更換一遍。雖然后期機電工程質(zhì)量逐年提高，但從南平運營公司歷年投入隧道照明故障查找和整改換線的情況看，平均每年仍需投入BV線路原始投資7%～10%的費用進行維修更換。以福銀一期為例，南平段隧道單洞總長16211m，2012年發(fā)生故障25次，更換線路1180m，詳見表5、表6。

采用新型管道替代金屬管道預埋之后，由于塑料管道材質(zhì)較柔，在機電施工穿線時不會有毛刺刮傷電線，可以節(jié)省這項維修費用。南平京臺、延順、邵光、聯(lián)絡線等4個新材料應用項目共使用BV線投資如表7所示為1094.16萬元，每年可節(jié)約用于BV線路更換的費用為82.06萬元，按照25年運營期計算，運營期間可節(jié)約運營維護費用2051.5萬元。

表5　福銀一期南平段隧道故障線路情況表

表6　福銀一期南平段隧道更換導線型號

表7　實驗項目隧道照明BV線工程量統(tǒng)計表

因此，采用PVC-U柵格管、HDPE管替代現(xiàn)有設計常用的金屬管道材料應用于隧道機電預留預埋工程在建設期可一次性節(jié)約投資2002.68萬元；減少機電預留預埋工程施工整改費用2853.6萬元；運營期可節(jié)約運營維護費用2051.5萬元。合計可節(jié)約6907.78萬元，經(jīng)濟效益十分顯著。

4.2社會效益分析

PVC-U柵格管和HDPE管屬于塑料管，單位能耗比鋼材低，使用PVC柵格管和HDPE管替代金屬管作為新型的隧道機電工程預埋管道，可以節(jié)省大量鋼材，符合國家"以塑代鋼"的政策。減少了鋼材從開采、冶煉到加工等諸多環(huán)節(jié)的能量消耗和二氧化硫、二氧化碳等有害物質(zhì)的排放。由于塑料管道材質(zhì)較柔，在機電施工穿線時不會有毛刺刮傷電線，減少了機電施工前的整改工程量，避免了運營期間查找故障的費用，減少了處理故障更換導線的金屬銅（或鋁）材消耗，從而減少了金屬材料生產(chǎn)過程的資源消耗和有害物排放。同時由于塑料管道重量輕，運輸成本比鋼管更低。

4.2.1PVC-U柵格管、HDPE管和金屬管道生產(chǎn)能耗比較

通過表8、表9計算可以看出，生產(chǎn)1mG50×4/3.5 型PVC-U柵格管耗能2.27kgce/m，生產(chǎn)1mJDG-50/ 1.6型緊定式鋼導管耗能1.54kgce/m，實驗采用一根4 孔PVC格柵管替代隧道縱向2～4根（平均3根）緊定式鋼導管，每米節(jié)約能耗2.35kg標準煤；生產(chǎn)1mΦ63/4 型HDPE管能耗為0.74kgce/m，生產(chǎn)1mDN50-Φ60/3.5型鍍鋅鋼管能耗3.41kgce/m，采用HDPE管替代鍍鋅鋼管時，每米節(jié)約2.67kg標準煤。本實驗項目共節(jié)約標準煤635.19t。

表8　PVC-U柵格管/HDPE管和金屬管道的能耗比較

表9　實驗項目以塑代鋼節(jié)約能耗計算表

4.2.2減少維修故障線路節(jié)約銅資源消耗

實驗項目隧道照明BV銅線用量合計為2783.54km，由表11可見，采用塑料管道替代金屬管道后，每年可以減少維修故障線路用銅12.11噸，每年減少制造銅導線所需消耗的標準煤達14.23噸，按25年運營期計算，可減少制造銅導線消耗的355.68噸標準煤。

表10　隧道照明BV線用量統(tǒng)計表

4.2.3運輸成本降低

塑料管道比金屬管道重量輕，減少噸運輸成本，且HDPE管可以盤卷運輸，更加方便。由表12可見，采用G50×4/3.5mm型PVC-U柵格管替代JDG-50/1.6mm緊定式鋼導管可減輕45.45%運輸重量，用Φ63/4mm型HDPE管替代DN50-Φ60/3.5mm鍍鋅鋼管，可以減輕82.58%的運輸重量。

5　結論

5.1采用塑料管道替代金屬管道可以提高隧道機電預留預埋工程質(zhì)量

表11　節(jié)能計算表

表12　減少運輸重量計算表

PVC-U柵格管與HDPE管在高速公路隧道工程預埋電線施工中的應用，能夠滿足施工各項技術性能的要求，有效解決現(xiàn)階段隧道機電預留預埋工程施工中存在的主要質(zhì)量通病問題，提高機電施工和設備運營質(zhì)量。

5.2采用塑料管道替代金屬管道可以節(jié)約工程投資和運營費用

采用PVC-U柵格管、HDPE管替代現(xiàn)有設計常用的金屬管道材料應用于隧道機電預留預埋工程在建設期可一次性節(jié)約投資2002.68萬元；減少機電預留預埋整改投入2853.6萬元；運營期可節(jié)約運營維護費用2051.5萬元。三項合計可節(jié)約工程投資和運營費用6907.78萬元，經(jīng)濟效益十分顯著。

5.3采用塑料管道替代金屬管道可以節(jié)約資源

塑料管道生產(chǎn)能耗比金屬管道生產(chǎn)能耗更低，本實驗項目用塑料管道替代金屬管道可一次性節(jié)約標準煤635.19噸。

用塑料管道替代金屬管道可以減少維修故障線路，減少運營期BV銅導線材料的使用從而減少銅冶煉加工過程對資源的消耗，本項目每年節(jié)約制造導線所需消耗的標準煤達14.23噸。按25年運營期計算可減少355.68噸標準煤。

上述兩項合計可減少消耗標準煤991噸，同時減少二氧化碳、二氧化硫等有害氣體向大氣排放。

5.4用塑料管道替代金屬管道運輸成本降低

采用PVC-UG50×4-3.5mm柵格管替代JDG-50/ 1.6mm緊定式鋼導管可減輕45.45%運輸重量，用HDPE 管Φ63/4mm管替代DN50-Φ60/3.5mm鍍鋅鋼管，可以減輕82.58%的運輸重量。

5.5應用前景廣闊

今后3年福建省規(guī)劃待建高速公路還有1500km，隧道長度約360km，應用本項目成果預計可節(jié)省材料成本和施工整改費用4.07億元，可減少生產(chǎn)制造金屬消耗標準煤1609噸，減少二氧化碳、二氧化硫氣體排放，社會、經(jīng)濟效益非常顯著。隨著行業(yè)標準《高速公路通信及電力管道設計及施工技術規(guī)范》的實施，本項目將在全國高速公路行業(yè)得到推廣，應用前景將更加廣闊。

采用PVC-U柵格管、HDPE管替代現(xiàn)有設計常用的金屬管道材料在隧道機電預埋中的應用實驗方案切實可行，實施效果良好，新材料應用后各項技術性能滿足要求，質(zhì)量合格，能基本解決目前隧道機電預留預埋工程施工存在的主要質(zhì)量通病，對提高后期供配電線路安裝以及機電設備運行安全可靠性具有重要意義。用塑料管道替代金屬管道符合國家節(jié)能減排政策，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，值得大力推廣應用。

參考文獻

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