某市DN1600输水管道建设方案设计研究

陆柏昊,王义安

(1.桂林市自来水有限公司,广西 桂林 541002;2.桂林理工大学 环境科学与工程学院,广西 桂林 541000;3.桂林理工大学广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心,广西 桂林 541000)

1 引言

某市自来水公司日设计供水能力为44 万m3，供水区域约260 km2，供水人口达到98万人。DN80以上供水管道达到1446 km，管网水压力合格率以及水质综合合格率均达到99.9%以上。但是随着人口增长以及远期城市化进程的加快，该市将会面临水质污染、水资源短缺以及生态保护问题[1,2]。目前该市现有主要水厂的水源均源自AL江河，而其排污口分布于各支流和干流上。假如AL上游发生水质污染事故，以AL为水源的水厂将无法取水，进而导致该市面临停水风险。而AL的水流量受四季天气影响较大，在处于枯水期阶段时，AL的天然径流量小，同时又是重要的旅游航道，因此需要上游水库群联合补水方能保障处于枯水期阶段AL位于该市市区的断面达到60 m3/s。城镇化建设的加速，未来该市所需的供水量将会有着巨大的需求[3]，为了防止出现今后从AL的大规模取水以至对水环境造成破坏的结果，则通过对第二水源进行开发即直接从水库取水，避免因取水需要而对AL的水环境造成影响。该市的供水管网布局是由东向西供水的格局，主要的供水管网由AP路输水管道和WF路输水管道构成。目前DZ路、DJ、WY和CB水厂的供水能力分别达到10、10、14和10万m3/d。预计2030年该市用水需求至少有66万m3/d，而现有的输水管网已不能满足该市的用水增长需求。

因此，通过本项目及对其它设施的建设，改变单一的水源供水格局进而保障该市的用水安全[4]，将促使形成“两双三站、三横两环”的供水格局，提升该市的供水能力。本项目改造的内容主要包括DN1600输水管道的铺设，其中包括DN1600K9级球墨铸铁管和D1624X12螺旋缝埋弧焊钢管、过铁路管涵、过河道倒吸虹管和绿化隔离带及道路的开挖与恢复。

2 管网规模预测及计算

2.1 给水量指标的确定

根据《城市给水工程规划规范》(GB50282-2016)[5]，结合该市的用水特点，产业结构，国民经济发展和居民生活水平确定给水量指标。根据该市人口预测结果显示，2020 年市区人口为125 万人，中心城区远景(2030 年)城市人口规模控制在220 万人以内，属于大城市Ⅱ型。该省级区域属于一区，则该市的综合生活用水量指标为220～400 L/(人·d)，而城市的综合用水量指标为0.4～0.7 万m3/(万人·d)。

2.2 用水量预测

采用城市综合用水量指标法[6]对该市供水区域范围内每万人用水量乘以人口数量所得到的人均用水量，该计算方法与供水区域地理位置、产业结构、国民经济发展和居民生活水平、工业用水重复利用率等因素相关。并考虑到该市以生活用水为主，人均综合用水指标偏低，并具有其特殊性。本项目城市综合用水量指标取最小值，因此，2030年该市的综合用水量指标为0.4万m3/(万人·d)。本项目供水范围内用水人口约20.95万人，若每年人口增长率按7%计算，则至2022年本项目供水范围内用水人口约23.88万人，用水量预测为9.55万m3/d；至2030年，本项目供水范围内用水人口约35.62万人，用水量预测为14.25万m3/d。

2.3 给水管网计算

本项目设计WF路加压泵站供水规模为20万m3/d，则本项目输水管道的流量为2.31 m3/s，项目输水管道按生活或生产给水管道的给水经济流速考虑，给水流速不宜大于2 m/s，因此本项目的输水管道管径不宜小于1.21 m。计算过程如下：

因此，本项目输水管道管径为DN1600，满足WF路加压泵站的输水要求。

3 工程建设

3.1 管材的选择

目前我国常用的管材有球墨铸铁管(DIP)、钢管(SP)、预应力钢筋混凝土管(PCP)、玻璃钢管(PRM)、塑料管(PE)等。针对于常用的管材做了如下的比较，见表1。

表1 不同管材之间的技术经济比较

根据《城市供水行业2000年技术进步发展规划》[7]对各类管材使用中事故情况的统计结果显示U-PVC管(大口径)的平均事故率能够达到4.68 次/km，远大于钢管的0.59次/km。并考虑到本工程的地址、压力情况，在充分利用各种管材的优点时尽量做到经济、合理和实用。由于管径口径采用DN1600大口径，根据该市已建大口径的给水管道(球墨铸铁管)维修时采购运输安装非常不方便，为了确保输水管的及时维护，根据业主及相关专家的意见，拟采用螺旋缝埋弧焊钢管(焊接钢管材质为Q235B，标准为GB3091-2008)，其具有机械性能好、施工方便、适应强的优点，并且所有管件、管材的卫生性能应符合现行国家标准《生活饮用输配水设备及防护材料的安全性评价标准》(GB/T17219)的要求。

由于所选的管材为钢管，以及钢制管件均需对其内外壁进行防腐处理尤其是处于河道区域[8]。为了生活用水的安全考虑，选择特种漆进行防腐，其完全符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》(GB/T17219-1998)的要求。本设计主选的该防腐涂料具有①显著的抗氧化性和耐化学腐蚀性；②优异的附着力、柔韧性和高硬度、耐磨性；③良好的耐候性；④除锈工艺简单；⑤节能效果良好。

3.2 管道的设计

WF路DN1600输水管道项目建设内容包括：铺设输水管道12280.00 m，其中DN1600K9级球墨铸铁管11580.00 m，D1624X12螺旋缝埋弧焊钢管700.00 m；过铁路管涵80.00 m；过河道倒吸虹管320.00 m；绿化隔离带及道路的开挖与恢复。

3.2.1 管道平面及竖向位置

根据《WF路DN1600 输水管管线综合规划》《WF路道路工程施工图》及WF路改造方案等资料，并实地勘查，WF路两侧非机动车道及人行道已敷设有各种市政管道，已经没有位置敷设DN1600 的输水管，新建输水管道敷设的位置为①机动车道、②中央绿化带、③机非分隔带、④道路红线外，经核实，WF路从KF路至XC道路，沿线均有6 m的中央绿化带，管道布置在中央绿化带上，避免了载重车辆对管道的碾压，管道维护也较为方便，不用额外征地。机非分隔带上种有乔木，安装有路灯，宽度也有限，无法敷设DN1600 输水管道，所以选择在中央绿化带新建输水管道，见图1。

图1 WF路管线综合标准横断面

同时在竖向位置上，给水管道管顶覆土一般为1.2 m。绿化带上覆土厚度需要考虑绿化种植的需要。车道上覆土厚度要考虑避免载重车辆对管道碾压破坏。

3.2.2 给水管道附属构筑物

干管上阀门的设置约1000 m距离设置一个。在输水管的隆起点设自动排气阀；在输水管的低点设排泥阀。在管道上合适的位置设置水质及水量自动测试仪，在加压泵站前后设流量计量仪。输配水管道在垂直和水平方向转弯、分叉处、管道端部堵头处，以及管径截面变化处设置支墩，支墩不砌在松土上，水平支墩后背土壤最小厚度应大于墩底在设计地面以下深度的3倍。

3.2.3 钢管防腐及管道基础与回填

钢管及钢制管件内外均做防腐处理：采用GZ-2 型高分子防腐涂料(应具有中华人民共和国卫生部国产涉及饮用水卫生安全产品卫生许可批件)。防腐要求：内防腐采用普通级防腐，即两层底漆加两层面漆；外防腐采用加强级防腐，即一层底漆+一层脱脂纤维+两层面漆。

管道采用10 cm厚粗砂为基础，管沟回填[9]为管底至管顶以上300 mm均回填粗砂密实，管顶300 mm以上回填级配碎石至路基底标高，见图2。

图2 管道基础及回填示意图

3.2.4 管道穿越方式

沿路需要穿越较多的桥涵，涵洞覆土深度足够，管道在涵洞上正交穿越[10]，如果涵洞覆土厚度较小，无法满足DN1600管道覆土从涵洞顶穿越，首先考虑设两根DN1200或三根DN1000管道减小管径，尽量能从涵洞上正交穿越，如果桥梁、涵洞覆土无法保证，则需要将管道转出路外在桥涵外侧设管桥架空跨越或从河道底倒虹穿越桥涵渠道。管道穿越铁路时，采用顶管从铁路轨道底穿越，管顶距离铁轨底1.2 m以上，具体敷设应报批铁路部门并取得批准方可施工。由于WF路与邻近铁路交叉时采用下穿涵洞，涵洞是钢筋混凝土框架结构，输水管道无法在涵洞内敷设，所以选择将输水管道转出涵洞外的辅道上敷设，输水管道穿越铁路时，也是采用顶管从铁路轨道底穿越，管顶距离铁轨底1.2 m以上。

3.3 项目投资估算

采用指标估算法[11]进行本项目的投资估算，包括工程费用、其他费用以及预备费。其估算结果为项目估算总投资为21247.95万元，具体为第一部分工程费用16171.71万元、第二部分工程建设其他费为2145.49万元以及基本预备费为2930.75万元。项目资金来源为业主自筹。

3.4 本项目对社会经济的影响

本项目的建设将加快该市发展，为更多的社会力量注入该市起到很好的引导及带动作用。项目的建设将对生态环境质量有一定影响[12]，但不会导致区域内物种数量的减少，主要是施工期的短期与局部影响，只要做好环境污染防治工作[13]，就能将生态环境影响降低到最小程度。本项目的社会风险因素包括社会治安、卫生防疫、交通安全、消防安全和居民纠纷等[14]，各因素分析如表2，只要做好防范措施，就能避免可能导致的后果。

表2 项目社会风险分析表

4 结论

城镇饮水用水安全问题迫在眉睫，通过本项目的建设不仅能扩大土地利用、优化水资源配置，还能促进加快城市化和工业化进程，推动该市经济、社会、环境协调长远发展。本文对本项目的建设进行了管道选择、设计、投资估算及分析了其对社会经济的影响，详述了管道的建设方案，项目建成后具有良好的经济、社会和环境效益，可以更好地为类似项目的建设提供参考。