農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)研究

摘要：農(nóng)村飲水安全工程是保障居民生活質(zhì)量、促進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，需要通過管道施工技術(shù)應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件、水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)、工程長(zhǎng)效運(yùn)行等挑戰(zhàn)。針對(duì)丘陵地區(qū)黏土、喀斯特地貌及沖積層的地質(zhì)施工難點(diǎn)，需要通過精細(xì)化地質(zhì)勘探、差異化設(shè)計(jì)，優(yōu)化管線布局；利用機(jī)械—人工協(xié)同開挖、熱熔焊接工藝等措施，強(qiáng)化施工建設(shè)；配合分段試壓、中粗砂分層回填，開展施工質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村飲水；飲水安全工程；管道施工技術(shù)

在國家“十四五”規(guī)劃中，明確提出“推進(jìn)城鄉(xiāng)供水一體化”要求。農(nóng)村飲水安全工程作為保障鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略穩(wěn)定實(shí)施的民生工程，對(duì)于居民生活、產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有直接影響。本文從農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)角度，對(duì)農(nóng)村供水高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)行分析。

1 農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)研究?jī)r(jià)值

1.1 保障民生飲水安全與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

農(nóng)村飲水安全工程會(huì)直接影響農(nóng)村居民生活質(zhì)量、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，是保障民生飲水安全與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基建工程?？茖W(xué)開展管道施工技術(shù)研究，可以合理規(guī)避因管道施工技術(shù)造成的水資源污染風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)解決高氟水、重金屬污染等水質(zhì)不達(dá)標(biāo)引發(fā)的疾病。同時(shí)，牲畜養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工等產(chǎn)業(yè)也可以獲得穩(wěn)定的水源供給，促進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)升級(jí)優(yōu)化[1]。

1.2 推動(dòng)工程長(zhǎng)效運(yùn)行與資源節(jié)約

通過研究農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)，可以通過降低管網(wǎng)漏損率，有效控制水資源浪費(fèi)問題，實(shí)現(xiàn)水資源高效利用。延長(zhǎng)管材使用壽命，減少農(nóng)村飲水安全工程后期維護(hù)成本，有助于工程的長(zhǎng)效運(yùn)行。

2 農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)基本要求

2.1 科學(xué)設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)施工

在農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)中，施工單位需要與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行有效溝通，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地形條件，通過科學(xué)水力計(jì)算，科學(xué)優(yōu)化管網(wǎng)布局，保證工程各個(gè)用水點(diǎn)水量、水壓符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在施工中，施工單位需要通過根據(jù)設(shè)計(jì)方案，嚴(yán)格執(zhí)行施工作業(yè)，確保農(nóng)村飲水安全工程管道施工的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)管道受力不均問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決供水不穩(wěn)定、爆管等施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 水源保護(hù)與水質(zhì)管控

在農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)中，施工單位需要嚴(yán)格落實(shí)水源保護(hù)與水質(zhì)管控措施。在施工過程中，需要避開工業(yè)區(qū)、養(yǎng)殖場(chǎng)等污染源，避免水資源被污染。科學(xué)開展水源水、出廠水、管網(wǎng)末梢水等重要節(jié)點(diǎn)的水質(zhì)檢測(cè)工作，實(shí)現(xiàn)“從源頭到龍頭”全程水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)，為居民生活、企業(yè)生產(chǎn)提供可靠保障[2]。

3 農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)具體內(nèi)容

某丘陵地區(qū)需要解決4萬人的飲水問題，以及當(dāng)?shù)厝舾善髽I(yè)用水需求。負(fù)責(zé)該農(nóng)村飲水安全工程的施工單位根據(jù)當(dāng)?shù)仞ね?、喀斯特地貌及沖積層的地質(zhì)條件對(duì)應(yīng)采用的施工方法有所不同?，F(xiàn)根據(jù)該農(nóng)村飲水安全工程，對(duì)其中的管道施工技術(shù)展開細(xì)致研究。

3.1 施工難點(diǎn)分析

對(duì)于該農(nóng)村飲水安全工程，存在以下三項(xiàng)施工難點(diǎn)。第一，地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜。工程所在區(qū)域?yàn)轲ね痢⒖λ固氐孛布皼_積層的地質(zhì)條件，導(dǎo)致不同位置的基底承載力存在較大差異。根據(jù)前期勘探數(shù)據(jù)，該工程需要穿越4處斷裂帶、2處滑坡體，在溝槽開挖過程中，容易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。并且工程所在區(qū)域存在既有管線，會(huì)對(duì)管道工程施工路徑造成干擾。第二，存在地形高差風(fēng)險(xiǎn)。該工程最大海拔落差為250 m，在波速a=300 m/s時(shí)，閥門關(guān)閉時(shí)間需＞1.67 s，導(dǎo)致水錘效應(yīng)顯著。第三，滲漏與接口失效問題。工程所在區(qū)域地形起伏，導(dǎo)致管道軸向應(yīng)力相對(duì)集中，影響該工程的正常使用。

3.2 技術(shù)方案內(nèi)容

3.2.1 精細(xì)化地質(zhì)勘探與管線規(guī)劃

在農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)中，施工單位需要通過精細(xì)化地質(zhì)勘探與管線規(guī)劃，獲取施工區(qū)域的詳細(xì)數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工、運(yùn)維等環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)參考。在實(shí)踐中，施工單位可以從以下三個(gè)方面展開相關(guān)工作。第一，三維地形建模。施工單位可以通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，拍攝并記錄施工現(xiàn)場(chǎng)的地形數(shù)據(jù)，通過地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)生成分辨率為5 cm的DEM（Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型）。施工單位需要先使用無人機(jī)+多鏡頭相機(jī)，從多個(gè)視角拍攝施工現(xiàn)場(chǎng)地面，獲取區(qū)域內(nèi)的地表信息。再將地表信息導(dǎo)入GIS技術(shù)平臺(tái)，并對(duì)各個(gè)施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效分析，高效識(shí)別滑坡體、泥石流溝等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)域，并對(duì)管線路徑做合理優(yōu)化，以此降低管道施工與維護(hù)作業(yè)可能遇到的安全風(fēng)險(xiǎn)。第二，障礙物探測(cè)。施工單位可以使用電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）技術(shù)，精準(zhǔn)定位施工現(xiàn)場(chǎng)已有的管線系統(tǒng)與其他障礙物。施工單位需要利用地下管線與周圍介質(zhì)電磁特性差異，利用電磁信號(hào)的發(fā)射與接收操作，確認(rèn)已有管線系統(tǒng)位置，結(jié)合地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)，確認(rèn)施工地層的巖層破碎帶。通過分析障礙物探測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)調(diào)整現(xiàn)有施工設(shè)計(jì)內(nèi)容，避免在后續(xù)施工過程中破壞已有管線系統(tǒng)，減少工程變更，合理控制工程投資成本。第三，水源保護(hù)區(qū)劃定。施工單位可以根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》（HJ 338-2018），通過陸域二級(jí)保護(hù)區(qū)邊界，確保施工區(qū)域與當(dāng)?shù)厝∷诰嚯x≥50 m。在此基礎(chǔ)上，施工單位需要設(shè)置水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)站，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)厮吹膒H、濁度、余氯等參數(shù)，確認(rèn)當(dāng)前施工作業(yè)是否影響水源水質(zhì)，以便及時(shí)調(diào)整相關(guān)施工環(huán)節(jié)，保障當(dāng)?shù)毓┧踩玔3]。

3.2.2 差異化施工設(shè)計(jì)

為提升農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)質(zhì)量，設(shè)計(jì)單位需要通過差異化設(shè)計(jì)與材料適配，保證施工設(shè)計(jì)方案的合理性，科學(xué)提高施工效率。在實(shí)踐中，設(shè)計(jì)單位可以從以下三個(gè)方面展開相關(guān)工作。第一，輸水管網(wǎng)設(shè)計(jì)。輸水管布置原則：（1）選擇最短路線，盡量縮短管長(zhǎng)；（2）盡量減少拆遷、少點(diǎn)農(nóng)田；（3）考慮管道的施工、維修和管理方便；（4）盡量減少穿越公路、河流等構(gòu)筑物；（5）管段上應(yīng)分區(qū)或分段設(shè)置檢修閥門，其末端應(yīng)設(shè)泄水閥；（6）在管網(wǎng)隆起點(diǎn)和低凹處分別設(shè)置排氣閥和泄水閥，地下管道的排氣閥應(yīng)設(shè)置在井內(nèi)，泄水管直徑應(yīng)為輸水管直徑的1/3左右。第二，輸配水管管材選擇。管網(wǎng)的材料主要有熱鍍鋅鋼管、聚乙烯給水PE塑料管等，管材應(yīng)根據(jù)具體的地形、地質(zhì)條件，按照經(jīng)濟(jì)合理的原則選用，一般直徑≥300 mm的選用球墨鑄鐵管，直徑≤300 mm的管道選用聚乙烯給水PE塑料管，且塑料管需要埋設(shè)，不易開挖埋管的喀斯特地區(qū)可采用鍍鋅鋼管。給水管材的選擇應(yīng)根據(jù)各種管材供水的安全可靠、壽命、地基要求、施工難易、維修等多種性能綜合對(duì)比后確定。設(shè)計(jì)單位需要根據(jù)水力計(jì)算優(yōu)化數(shù)據(jù)，選取管材的最優(yōu)方案，在滿足用水需求的基礎(chǔ)上，有效控制農(nóng)村飲水安全工程的運(yùn)行能耗，降低工程運(yùn)維成本。第三，鋼管防腐措施。因?yàn)樵际┕ぴO(shè)計(jì)方案使用大量鋼管，在長(zhǎng)期使用中可能會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，降低供水質(zhì)量，增加管網(wǎng)損壞概率。所以設(shè)計(jì)單位可以針對(duì)鋼管設(shè)計(jì)防腐措施，延緩鋼管腐蝕速度。比如設(shè)計(jì)單位可以使用表面粗糙度Ra≤10 μm的水泥砂漿襯里，利用水泥砂漿襯里形成的致密的保護(hù)膜，隔絕水資源與鋼管內(nèi)壁的接觸渠道，科學(xué)預(yù)防鋼管的內(nèi)部腐蝕。對(duì)于鋼管外壁，則要均勻涂覆環(huán)氧煤瀝青，要求環(huán)氧煤瀝青干膜厚度≥400 μm。利用環(huán)氧煤瀝青的高耐水性、強(qiáng)耐化學(xué)腐蝕性，科學(xué)降低鋼管外壁腐蝕概率[4]。

3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化施工

為保障農(nóng)村飲水安全工程管道施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)方案施工標(biāo)準(zhǔn)，施工單位需要通過標(biāo)準(zhǔn)化施工，妥善處理每個(gè)施工環(huán)節(jié)，保證工程順利交付。在實(shí)踐中，施工單位可以從以下兩個(gè)方面展開相關(guān)工作。第一，土方工程與基底處理。施工單位需要引入機(jī)械+人工協(xié)同作業(yè)模式，同步提升施工效率與施工質(zhì)量。比如在開挖主溝槽時(shí)，需要先通過挖掘機(jī)開挖至基底以上20 cm位置，降低挖掘機(jī)作業(yè)對(duì)基底土的擾動(dòng)影響。完成人工清底作業(yè)后，需要現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員使用輕型動(dòng)力觸探儀，根據(jù)穿心錘貫入土層難易程度判斷地基承載力。同時(shí)，施工單位需要考慮到雨季施工問題，應(yīng)沿主溝槽每隔200 m設(shè)置排水溝，預(yù)防溝槽塌方，保證施工作業(yè)的安全性。開挖作業(yè)生成的棄土，施工單位需要選擇距離溝邊≥1.0 m的位置進(jìn)行堆放，避免棄土與溝邊距離過近，導(dǎo)致溝槽邊坡承受過大側(cè)向壓力。第二，管道安裝與連接工藝。施工單位需要根據(jù)管材的熔融指數(shù)（Melt Flow Rate，MFI）（MFI=0.25g/10 min），合理控制熱熔參數(shù)。比如PE塑料管，施工單位需要進(jìn)行45 s的加熱處理，并通過持續(xù)施加壓力，使得PE塑料管接口翻邊高度≥3 mm，科學(xué)強(qiáng)化管材的焊接質(zhì)量。在焊接鋼管時(shí)，施工單位需要通過X射線探傷+磁粉檢測(cè)工藝，對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行有效檢測(cè)。使用X射線探傷工藝，可以有效檢測(cè)鋼管焊縫的氣孔、裂紋等內(nèi)部缺陷。使用磁粉檢測(cè)工藝，可以有效檢測(cè)焊縫表面或近表面缺陷。在進(jìn)行水泥砂漿襯里作業(yè)前，施工單位需要對(duì)焊接鋼管做連續(xù)24 h的閉水試驗(yàn)，以此確認(rèn)焊縫是否具備良好的密封性。特殊節(jié)點(diǎn)處理：對(duì)于閥門井連接處等特殊節(jié)點(diǎn)，施工單位需要使用壓縮率35%～45%的橡膠圈等柔性接口，借助柔性接口可以適應(yīng)一定管道位移與變形的特性，科學(xué)預(yù)防特殊節(jié)點(diǎn)漏水風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于彎頭位置，施工單位需要澆筑體積≥0.5 m3的C25混凝土支墩，既可以為彎頭提供穩(wěn)定支撐，也可以有效抵抗水資源運(yùn)輸過程中，水流對(duì)彎頭的持續(xù)作用力，科學(xué)提升管道系統(tǒng)運(yùn)行的安全性[5]。

3.2.4 質(zhì)量控制與長(zhǎng)效防護(hù)

若想有序落實(shí)農(nóng)村飲水安全工程管道施工技術(shù)，施工單位需要通過質(zhì)量控制與長(zhǎng)效防護(hù)，確保施工任務(wù)的可靠性。在實(shí)踐中，施工單位可以從以下兩個(gè)方面展開相關(guān)工作。第一，分段試壓與滲漏防控。完成農(nóng)村飲水安全工程的管道系統(tǒng)施工任務(wù)后，施工單位需要向管道系統(tǒng)進(jìn)行注水排氣，并進(jìn)行30 min的穩(wěn)壓處理，使用專業(yè)設(shè)備檢測(cè)管道系統(tǒng)壓降情況。在壓降≤1%時(shí)，可以證明當(dāng)前管道系統(tǒng)基本沒有泄漏情況，可以進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。如果壓降＞1%，施工單位需要利用專業(yè)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)，確認(rèn)引起問題的管道位置，處理安裝不當(dāng)、管道破損等問題，降低管道系統(tǒng)泄漏概率。施工單位可以使用HAMMER軟件，通過模擬農(nóng)村飲水安全工程閥門關(guān)閉行為，驗(yàn)證管道系統(tǒng)的水錘防護(hù)性能。水錘現(xiàn)象是指在突然停電、停泵等情況下，管道系統(tǒng)中的水流速度發(fā)生急劇變化，導(dǎo)致管道系統(tǒng)內(nèi)部壓力出現(xiàn)波動(dòng)，容易破壞管道系統(tǒng)的安全性。施工單位需要模擬閥門關(guān)閉時(shí)間（Tgt;2L/a，L為管長(zhǎng)，a為波速），確認(rèn)管道系統(tǒng)的水錘幅度。利用模擬程序，確認(rèn)空氣閥布設(shè)間距（≤500 m），保證在水錘發(fā)生時(shí)，快速開展管道系統(tǒng)的排氣或補(bǔ)氣處理，以此穩(wěn)定管道內(nèi)部壓力，降低壓力波動(dòng)對(duì)管道系統(tǒng)的負(fù)面影響。施工單位可以在靈敏度0.1 L/min的聲波檢漏儀基礎(chǔ)上，使用紅外熱成像，對(duì)管道進(jìn)行掃描檢測(cè)，確認(rèn)滲漏點(diǎn)。聲波檢漏儀可以根據(jù)管道泄漏形成的聲波信號(hào)，快速鎖定滲漏點(diǎn)，紅外熱成像可以根據(jù)管道泄漏位置的環(huán)境溫度差異，提高滲漏點(diǎn)檢測(cè)精度。利用聲波檢漏儀+紅外熱成像的聯(lián)動(dòng)掃描，精準(zhǔn)識(shí)別孔徑≥0.5 mm的管道滲漏點(diǎn)，為施工單位修復(fù)、更換問題管道提供便利條件。第二，回填密實(shí)度控制。施工單位可以通過分層回填技術(shù)提升回填密實(shí)度，優(yōu)先考慮使用粒徑0.25～5 mm的中粗砂進(jìn)行回填，利用中粗砂的透水性與壓實(shí)性，提升管道系統(tǒng)包裹效果，降低管道應(yīng)力集中問題。在回填作業(yè)中，施工單位需要先進(jìn)行每層虛鋪，厚度≤30 cm，再使用氣動(dòng)夯進(jìn)行夯實(shí)處理，保證中粗砂壓實(shí)度符合施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如果施工區(qū)域處于高寒地帶，施工單位需要使用1∶3的煤渣與砂混合料，利用非凍脹性材料，有效降低土壤水分凍結(jié)對(duì)管道的負(fù)面影響，保障管道系統(tǒng)在寒冷冬季正常運(yùn)行[6]。

4 結(jié)語

在開展農(nóng)村飲水安全工程管道施工作業(yè)時(shí)，施工單位需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際條件，通過勘探、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等角度，設(shè)計(jì)全鏈條管控系統(tǒng)，保證農(nóng)村飲水安全工程的施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)工程的長(zhǎng)效運(yùn)行目標(biāo)，為農(nóng)村各類產(chǎn)業(yè)提供穩(wěn)定的水資源，滿足農(nóng)村居民飲水需求，為深度開發(fā)農(nóng)村打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

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