供水管網(wǎng)鋪設(shè)工程規(guī)劃與實施方案編制探討

陳勇

（廣東省五華縣供排水管理中心，廣東 五華 514400）

隨著城鎮(zhèn)規(guī)模不斷增大和人口數(shù)量增加，用水需求量逐漸增大，原供水設(shè)施已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)生活用水需求。部分學(xué)者對供水管網(wǎng)的建設(shè)進行了相關(guān)研究。郭倩影[1]對城市供水管網(wǎng)的現(xiàn)狀進行了研究，并探討其技術(shù)改造。靳北[2]對承德市城市供水管網(wǎng)的漏損進行研究，并提出相應(yīng)的控制措施。費建剛[3]等對城市供水管網(wǎng)進行了數(shù)值模擬，同時開發(fā)了城市供水管網(wǎng)仿真模擬分析平臺。張鑫[4]等對城市供水管網(wǎng)的規(guī)劃改擴建進行了研究探討，提出多種改擴建方案。馬衛(wèi)東[5]介紹了武漢市漢陽區(qū)供水管網(wǎng)一體化規(guī)劃方案的設(shè)計與實施。

雖然國內(nèi)對供水管網(wǎng)已經(jīng)進行了大量的研究與建設(shè)，但尚未有統(tǒng)一的定論，且不同環(huán)境下建設(shè)要求也不同。以某地區(qū)的供水管網(wǎng)建設(shè)為例，詳細(xì)介紹其設(shè)計及布置方案，可為國內(nèi)相似地區(qū)的供水管網(wǎng)建設(shè)提供參考。

1 項目背景及地質(zhì)

項目位于五華縣，其縣城供水主要源于自來水廠，水源地為中型水庫桂田水庫及蕉州河，水廠設(shè)計供水能力6萬m3/d。目前，縣城水廠實際供水量已基本達到設(shè)計生產(chǎn)能力，考慮縣城人口經(jīng)濟發(fā)展，亟需擴大供水規(guī)模。擴建工程設(shè)計新增制水能力6萬m3/d，然而受水源地來水量限制，水廠供水規(guī)模難以擴大。針對該問題，亟需通過輸水工程實現(xiàn)水庫向縣城供水，即布設(shè)配水管網(wǎng)實現(xiàn)與縣城供水管網(wǎng)連通。

項目勘察場地位于華南地震區(qū)，屬巴士系地震亞區(qū)。該區(qū)是我國南部內(nèi)陸與海域交接的重要地震活動區(qū)帶之一。從區(qū)域地質(zhì)圖上可知，區(qū)內(nèi)斷裂活動頻繁，場地東南方向有蓮花山大斷裂帶經(jīng)過。該斷裂帶走向北東30°～40°，傾向南東，傾角70°左右，局部傾向北西，傾角60°左右，為壓扭性斷裂。該斷裂帶形成于侏羅紀(jì)晚期的燕山運動第三期，從新生代盆地展布特征看，為仍在活動的深大斷裂，其所派生的小斷裂在測區(qū)附近多分布在蕉城東南方向的高思鎮(zhèn)至梅縣白渡鎮(zhèn)，小斷層發(fā)育，縱橫交錯。

2 工程設(shè)計

2.1 管材選擇

2.1.1 基本原則

管道材質(zhì)決定了輸配水工程質(zhì)量與可靠性，需具有能承受較大的內(nèi)外荷載、性能可靠、施工安裝和管理方便、使用壽命長、內(nèi)壁光滑、水力條件及技術(shù)性能好、接口嚴(yán)密、漏耗小、地基變化適應(yīng)性強、造價相對經(jīng)濟等優(yōu)點。

2.1.2 性能比選

常用的輸水管材有鋼管、球墨鑄鐵管及新型塑料給水管等，各管材的特性如下。

（1）鋼管（SP）。鋼管在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，在大型長距離輸水工程中應(yīng)用最為廣泛。供水用鋼管通常選用Q235鋼板制作，具有強度高、韌性好、加工容易、環(huán)向強度及彈性模量較高、能適應(yīng)各種地質(zhì)條件、接口焊接不會發(fā)生滲漏等特點，在穿越障礙以及在工作壓力較高且在道路上敷設(shè)時應(yīng)用最為廣泛。但是，鋼管耐腐蝕性差、造價高、防腐要求嚴(yán)、施工過程中現(xiàn)場焊接安裝不方便。鋼管各項性能指標(biāo)，詳見表1。

表1 鋼管性能指標(biāo)

（2）球墨鑄鐵管（DIP）。球墨鑄鐵管是一種鐵、碳、硅的合金體，具有承壓能力強、防腐性能好、密封性能好、抗震性能高、價格適中等特點而被廣泛應(yīng)用。其比混凝土管輕，但比鋼管和塑料管重，在施工運輸中損耗比其他3種管材要少。我國已具備大批量生產(chǎn)中、小口徑球墨鑄鐵管的能力，制定了離心鑄造球墨鑄鐵管及管件的國家標(biāo)準(zhǔn)，同時引進國外較先進的離心球墨鑄管工藝和設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量基本達到國際水平。球墨鑄鐵管各項性能指標(biāo)，詳見表2。

表2 球墨鑄鐵管性能指標(biāo)

（3）硬聚氯乙烯管（PVC-U）。PVC-U管是一種以聚氯乙烯（PVC）樹脂為原料、不含增塑劑的管材，其特點是不導(dǎo)電、不需外防腐、柔軟性較好、彈性模量較小，能減小壓力沖擊幅度，減輕水錘的沖擊。該管內(nèi)壁光滑、阻力小，液體在其中流動不易結(jié)垢。

（4）聚乙烯管（PE）。PE管具有防腐防滲性好、抗強酸堿能力強、柔韌性高、彎曲方便、內(nèi)壁水阻小、維護費用低、壽命長等特點，各項性能指標(biāo)詳見表3。小口徑增強硬聚氯乙烯管的性能價格優(yōu)于鋼管和球墨鑄鐵管；隨著管徑增大，價格增加幅度越大。大口徑PE管材較昂貴，但是高密度聚乙烯（HDPE）管具有較高強度，廣泛用于城市燃?xì)饧肮┧艿郎稀?/p>

表3 PE性能指標(biāo)（以PE80原料為例）

2.1.3 綜合比較

本工程為長距離輸水工程，路線長度超過15 km，輸水流量較大，對管道過流能力、承壓能力以及管道強度有較高要求。通過對比各種管材，雖然PE管材造價略高于PVC-U管材，但具有較高強度、較好抗腐蝕性及較長使用壽命，維護費用低，采用PE管材優(yōu)于PVC-U管材。

球墨鑄鐵管強度高、密封及防腐性能好，具有良好的可撓性和伸縮性，能吸收因地基沉降而產(chǎn)生的壓力，使用壽命最長，施工管理較為便利，且管徑大于400 mm時具備價格優(yōu)勢，同樣符合本工程需求。

綜合考慮工程需求與管材性能，球墨鑄鐵管與PE管均適用。為此，選擇球墨鑄鐵管與PE管進行管材方案比選。

2.2 管徑選擇

2.2.1 經(jīng)濟管徑

主管設(shè)計輸水規(guī)模為4萬m3/d，即最高日用水量；時變化系數(shù)取1.6，即最高日最高時設(shè)計流量為0.74 m3/s。支管設(shè)計輸水規(guī)模為1萬m3/d，設(shè)計流量為0.19 m3/s。經(jīng)濟管徑采用下式計算：

式中：D為管道內(nèi)徑（mm）；Q0為支管流量（m3/s）；v為經(jīng)濟流速（m/s）。

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》，輸配水管道的設(shè)計流速宜采用經(jīng)濟流速，不宜大于2.0 m/s。這里，采用2.0 m/s進行管徑計算，結(jié)果詳見表4。綜合考慮工程投資選取設(shè)計管徑，主管設(shè)計管道內(nèi)徑為800 mm，支管設(shè)計管道內(nèi)徑為500 mm。

表4 管徑計算結(jié)果

2.2.2 管道水力計算

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》可知，管道水頭損失包含沿程水頭損失和局部水頭損失，其中沿程水頭損失可按下式計算：

式中：hf為沿程水頭損失（m/km）；i為單位管長水頭損失（m/km）；L為管段長度（m）；C為海曾威廉系數(shù)，PE管取150，球墨鑄鐵管取130；Q為管段流量（m3/s）；d為管段內(nèi)徑（mm）。

管道總水頭損失等于沿程損失加上局部損失，局部損失按沿程損失的5%～10%計算，取5%，各管徑下主管、支管設(shè)計流速及每千米總水頭損失詳見表5。管材采用PE管與球墨鑄鐵管管道流速均滿足要求，但是球墨鑄鐵管的水頭損失要低于PE管。

綜合考慮經(jīng)濟流速、水頭損失及工程投資，主管輸水規(guī)模定為4萬m3/d，采用DN800作為設(shè)計管徑；支管輸水規(guī)模為1萬m3/d，采用DN500作為設(shè)計管徑，管材選用球墨鑄鐵管。

2.3 輸水管線布置方案

2.3.1 管線布局

經(jīng)現(xiàn)場勘察及方案調(diào)整，工程輸水主管接駁華城水廠出廠干管，進入新豐村道一側(cè)渠道，沿渠道東行至益塘村何塘下進入矮車河，后沿矮車河?xùn)|行至黃龍村口，改沿黃龍村口干道向南進入X034縣道，并沿X034縣道向東行至環(huán)城大道紅木產(chǎn)業(yè)園路口。支管接續(xù)主管沿環(huán)城大道南行至工業(yè)六路路口。輸水管線全長21.05 km，其中主管長度17.40 km，管徑為DN800；支管長度3.65 km，管徑為DN500。

2.3.2 管道施工

工程主要涉及混凝土村道及縣道與河道2種工況，各工況管道施工方案如下所述。

（1）混凝土村道及縣道。考慮縣道一側(cè)已埋設(shè)DN315供水管道，且路肩存在較多的電線桿、景觀植物等干擾物，不利于管道埋設(shè)，采用破路施工方案。埋設(shè)管道于現(xiàn)有供水管另一側(cè)路面以下，施工完成后將混凝土路面恢復(fù)原狀。本段混凝土路面寬5 m，管槽開挖采用機械開挖與人工開挖相結(jié)合方式，具備良好的施工條件。

（2）河道。本方案管道主要埋設(shè)于新豐村渠道及矮車河底部，施工條件良好。河道施工涉及施工導(dǎo)流，需聯(lián)合上游電站降低水位，并設(shè)置圍堰。矮車河管段沿途經(jīng)過2處攔河陂，管線由水陂的輸水涵洞通過。另外，河道施工可能涉及格賓籠護岸的破壞及恢復(fù)。

3 結(jié)論

本工程屬華城水廠的管網(wǎng)延伸工程，通過新建輸水工程，實現(xiàn)華城水廠出廠水至五華縣城的輸送，工程涵蓋主、支管各1條。綜合考慮社會經(jīng)濟發(fā)展及華城水廠遠(yuǎn)期制水能力的提升，采用4萬m3/d作為主管設(shè)計輸水規(guī)模、1萬m3/d作為支管輸水規(guī)模。

（1）本工程輸水管線全長21.05 km，其中主管長度17.40 km，管徑為DN800；支管長度3.65 km，管徑為DN500。球墨鑄鐵管的管道流速及水頭損失均優(yōu)于PE管，通過比選選定球墨鑄鐵管作為項目管材。

（2）本工程輸水主管接駁華城水廠出廠干管，進入新豐村道一側(cè)渠道，沿渠道東行至益塘村何塘下進入矮車河，后沿矮車河?xùn)|行至黃龍村口，改沿黃龍村口干道向南進入X034縣道，并沿X034縣道向東行至環(huán)城大道紅木產(chǎn)業(yè)園路口。支管接續(xù)主管沿環(huán)城大道南行至工業(yè)六路路口。

（3）本文對供水管網(wǎng)的設(shè)計及方案布置進行了詳細(xì)介紹，但對供水管網(wǎng)受力性能的研究尚未展開。后期將在本項目的基礎(chǔ)上對供水管網(wǎng)的局部受力計算進行詳細(xì)研究。