引韓濟饒供水工程輸水管線布設及管材選定

段民華

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

0 引言

長距離大規模的輸水工程，輸水管道線路長、管徑大，工程投資的主要部分為管道投資，因此設計中在保證安全可靠的前提下，以經濟合理的原則進行管材比選至關重要[1]。輸水線路的布設影響著工程管網的整體走向和施工難易程度，管材從技術成熟度和工程匹配性方面影響著工程的運行和造價。本文以引韓濟饒供水工程為例，詳細論述管線布設比選過程和管材設計時考慮的因素，以確定設計最優解。

1 工程概況

引韓濟饒供水工程是為緩解饒平縣沿海區域水資源供需矛盾，解決城鄉居民生活和其他行業的近遠期用水需求而建設的。工程主要建設內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左岸意東堤新建取水口，經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

根據長距離輸水工程的經驗，本著技術先進、運行安全、造價經濟的原則，提高供水線路的安全性和可靠性。

2.1 線路方案布置

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

(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形式繼續埋設于上津路路面以下，輸水管線直徑DN2200，途徑上津村、沙壩黃，穿過意東三路至樁號1+853.317，跨意溪河后至意溪泵站前池，樁號2+151.009，輸水管線長約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一條DN2200輸水干管，途徑意溪鎮察內村、東郊村，至樁號BJ1+591.554處管線折向東南，沿意溪河堤邊鋪設，至樁號BJ3+124.871與方案一樁號1+853.317相交，樁號BJ3+124.871點以后的管線布置與方案一相同。輸水管線主管長約3.423 km。

兩個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、工程維護管理及工程投資等方面對兩方案輸水主管線進行比較。

2.2.1 供水條件

兩個布置方案輸水主管線分別長1.853 km、3.125 km。方案一供水線路短，線路布置順直，水頭損失較小；方案二供水線路長，沿程水頭損失大，且管線鋪設曲折，局部水頭損失大。因此，從管線長度及供水條件上看，方案一優于方案二。

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埋設在上津路下，僅跨東三路后的管線需要臨時和永久征地，長約910 m。方案二先采用鋼板樁支護埋設在意南路下，僅沿意溪河堤外布設至泵站前池段需要臨時和永久征地，長約1530 m。因此，從移民征地上看，方案一優于方案二。

2.2.3 施工條件

方案一管線沿上津路局部經過房屋密集區輸水線路采用頂管方案，不會影響周邊環境和交通。頂管后約880 m用鋼板樁支護埋設于上津路下，僅對本段公路的交通有影響。方案二前1590 m管線用鋼板樁支護埋設于意南路下，意南路兩側房屋較上津路密集，施工對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，方案一優于方案二。

2.2.4 工程管理

方案一及方案二管線均局部經過房屋密集區，對排氣閥、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置在人群活動較頻繁的地區，安全性存在一定隱患，人為破壞的可能性大，干擾因素多。從工程維護管理上看，兩方案無明顯差別。

2.2.5 工程投資

兩個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、預應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，強度高，管材及附屬配件易加工。

預應力鋼筒混凝土管內部嵌一層1.5 mm的鋼筒，管芯上采用機械張拉高強度鋼絲環繞施加預應力，在外部噴涂水泥砂漿保護層。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存在。具有良好的防腐性能，承壓能力強。內防腐采用水泥砂漿，外防腐通常使用噴鋅和煤瀝青防腐漆，柔性接口，密封性好，對地形的適應能力強。

各種管材優缺點比較見表2。

表2 管材優缺點比較表

3.2 管材分析

由管網布設方案可知，工程新建設計流量5.0 m3/s的韓江取水口，采用單管輸水方案完成36.48 km長度輸水，主管線長25.55 km，兩條支線管長10.94 km。參照同類工程經驗，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 各種管材的投資測算

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

由圖2可知，管徑DN1000～DN3000范圍內，三種管材在同管徑下，鋼管造價最高。在DN1800～DN3000范圍內，預應力鋼筒混凝土管最經濟，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級別，其造價比預應力鋼筒管較小。因此，供水管徑在DN1800～DN3000范圍內時，選用預應力鋼筒管為主管材較為合理。當管徑在DN1000～DN1600范圍內時，選用球墨鑄鐵管為主管材較為合理。

長距離輸水工程的管道結構型式應結合工況因地制宜，分段布設，采用多種形式做到管線方案既經濟又安全。從工程地質情況出發，結合管線沿線布置情況，在確保供水安全的前提下，節省工程投資，綜合比選確定了分段布設不同管材的原則。

3.3 綜合確定

通過三種管材的綜合比較，結合管材的耐久性和經濟型考量，確定工程埋管段DN2200主管材需要滿足壽命長、造價低、接口密封性號，因此選用預應力鋼筒砼管；埋管段DN1600主管需滿足管材強度高，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，對地基的不均勻沉降變形適應能力強，施工安全簡單便捷。跨河沉管則采用鋼管，利用其適應變形能力強、施工容易、管道無滲漏的優點；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 結語

管線布設應綜合考慮施工條件、工程管理和移民投資，管材選用應結合工程特點分段確定最優管材型式。以上各因素相互影響，相互制約，針對不同的工程環境對結果的影響權重亦有差異。因此，結合實際工況，充分比選各方案的優缺點因地制宜分段選定是此類工程設計研究的主要思路。