供水管网铺设工程规划与实施方案编制探讨

2021-07-26陈勇

海河水利 2021年3期

陈勇

（广东省五华县供排水管理中心，广东五华 514400）

随着城镇规模不断增大和人口数量增加，用水需求量逐渐增大，原供水设施已经不能满足现有生产生活用水需求。部分学者对供水管网的建设进行了相关研究。郭倩影[1]对城市供水管网的现状进行了研究，并探讨其技术改造。靳北[2]对承德市城市供水管网的漏损进行研究，并提出相应的控制措施。费建刚[3]等对城市供水管网进行了数值模拟，同时开发了城市供水管网仿真模拟分析平台。张鑫[4]等对城市供水管网的规划改扩建进行了研究探讨，提出多种改扩建方案。马卫东[5]介绍了武汉市汉阳区供水管网一体化规划方案的设计与实施。

虽然国内对供水管网已经进行了大量的研究与建设，但尚未有统一的定论，且不同环境下建设要求也不同。以某地区的供水管网建设为例，详细介绍其设计及布置方案，可为国内相似地区的供水管网建设提供参考。

1 项目背景及地质

项目位于五华县，其县城供水主要源于自来水厂，水源地为中型水库桂田水库及蕉州河，水厂设计供水能力6万m³/d。目前，县城水厂实际供水量已基本达到设计生产能力，考虑县城人口经济发展，亟需扩大供水规模。扩建工程设计新增制水能力6万m³/d，然而受水源地来水量限制，水厂供水规模难以扩大。针对该问题，亟需通过输水工程实现水库向县城供水，即布设配水管网实现与县城供水管网连通。

项目勘察场地位于华南地震区，属巴士系地震亚区。该区是我国南部内陆与海域交接的重要地震活动区带之一。从区域地质图上可知，区内断裂活动频繁，场地东南方向有莲花山大断裂带经过。该断裂带走向北东30°～40°，倾向南东，倾角70°左右，局部倾向北西，倾角60°左右，为压扭性断裂。该断裂带形成于侏罗纪晚期的燕山运动第三期，从新生代盆地展布特征看，为仍在活动的深大断裂，其所派生的小断裂在测区附近多分布在蕉城东南方向的高思镇至梅县白渡镇，小断层发育，纵横交错。

2 工程设计

2.1 管材选择

2.1.1 基本原则

管道材质决定了输配水工程质量与可靠性，需具有能承受较大的内外荷载、性能可靠、施工安装和管理方便、使用寿命长、内壁光滑、水力条件及技术性能好、接口严密、漏耗小、地基变化适应性强、造价相对经济等优点。

2.1.2 性能比选

常用的输水管材有钢管、球墨铸铁管及新型塑料给水管等，各管材的特性如下。

（1）钢管（SP）。钢管在各行业得到了广泛应用，在大型长距离输水工程中应用最为广泛。供水用钢管通常选用Q235钢板制作，具有强度高、韧性好、加工容易、环向强度及弹性模量较高、能适应各种地质条件、接口焊接不会发生渗漏等特点，在穿越障碍以及在工作压力较高且在道路上敷设时应用最为广泛。但是，钢管耐腐蚀性差、造价高、防腐要求严、施工过程中现场焊接安装不方便。钢管各项性能指标，详见表1。

表1 钢管性能指标

（2）球墨铸铁管（DIP）。球墨铸铁管是一种铁、碳、硅的合金体，具有承压能力强、防腐性能好、密封性能好、抗震性能高、价格适中等特点而被广泛应用。其比混凝土管轻，但比钢管和塑料管重，在施工运输中损耗比其他3种管材要少。我国已具备大批量生产中、小口径球墨铸铁管的能力，制定了离心铸造球墨铸铁管及管件的国家标准，同时引进国外较先进的离心球墨铸管工艺和设备，产品质量基本达到国际水平。球墨铸铁管各项性能指标，详见表2。

表2 球墨铸铁管性能指标

（3）硬聚氯乙烯管（PVC-U）。PVC-U管是一种以聚氯乙烯（PVC）树脂为原料、不含增塑剂的管材，其特点是不导电、不需外防腐、柔软性较好、弹性模量较小，能减小压力冲击幅度，减轻水锤的冲击。该管内壁光滑、阻力小，液体在其中流动不易结垢。

（4）聚乙烯管（PE）。PE管具有防腐防渗性好、抗强酸碱能力强、柔韧性高、弯曲方便、内壁水阻小、维护费用低、寿命长等特点，各项性能指标详见表3。小口径增强硬聚氯乙烯管的性能价格优于钢管和球墨铸铁管；随着管径增大，价格增加幅度越大。大口径PE管材较昂贵，但是高密度聚乙烯（HDPE）管具有较高强度，广泛用于城市燃气及供水管道上。

表3 PE性能指标（以PE80原料为例）

2.1.3 综合比较

本工程为长距离输水工程，路线长度超过15 km，输水流量较大，对管道过流能力、承压能力以及管道强度有较高要求。通过对比各种管材，虽然PE管材造价略高于PVC-U管材，但具有较高强度、较好抗腐蚀性及较长使用寿命，维护费用低，采用PE管材优于PVC-U管材。

球墨铸铁管强度高、密封及防腐性能好，具有良好的可挠性和伸缩性，能吸收因地基沉降而产生的压力，使用寿命最长，施工管理较为便利，且管径大于400 mm时具备价格优势，同样符合本工程需求。

综合考虑工程需求与管材性能，球墨铸铁管与PE管均适用。为此，选择球墨铸铁管与PE管进行管材方案比选。

2.2 管径选择

2.2.1 经济管径

主管设计输水规模为4万m³/d，即最高日用水量；时变化系数取1.6，即最高日最高时设计流量为0.74 m³/s。支管设计输水规模为1万m³/d，设计流量为0.19 m³/s。经济管径采用下式计算：

式中：D为管道内径（mm）；Q0为支管流量（m³/s）；v为经济流速（m/s）。

根据《村镇供水工程设计规范》，输配水管道的设计流速宜采用经济流速，不宜大于2.0 m/s。这里，采用2.0 m/s进行管径计算，结果详见表4。综合考虑工程投资选取设计管径，主管设计管道内径为800 mm，支管设计管道内径为500 mm。

表4 管径计算结果

2.2.2 管道水力计算

根据《村镇供水工程设计规范》可知，管道水头损失包含沿程水头损失和局部水头损失，其中沿程水头损失可按下式计算：

式中：hf为沿程水头损失（m/km）；i为单位管长水头损失（m/km）；L为管段长度（m）；C为海曾威廉系数，PE管取150，球墨铸铁管取130；Q为管段流量（m³/s）；d为管段内径（mm）。

管道总水头损失等于沿程损失加上局部损失，局部损失按沿程损失的5%～10%计算，取5%，各管径下主管、支管设计流速及每千米总水头损失详见表5。管材采用PE管与球墨铸铁管管道流速均满足要求，但是球墨铸铁管的水头损失要低于PE管。

综合考虑经济流速、水头损失及工程投资，主管输水规模定为4万m³/d，采用DN800作为设计管径；支管输水规模为1万m³/d，采用DN500作为设计管径，管材选用球墨铸铁管。

2.3 输水管线布置方案

2.3.1 管线布局

经现场勘察及方案调整，工程输水主管接驳华城水厂出厂干管，进入新丰村道一侧渠道，沿渠道东行至益塘村何塘下进入矮车河，后沿矮车河东行至黄龙村口，改沿黄龙村口干道向南进入X034县道，并沿X034县道向东行至环城大道红木产业园路口。支管接续主管沿环城大道南行至工业六路路口。输水管线全长21.05 km，其中主管长度17.40 km，管径为DN800；支管长度3.65 km，管径为DN500。

2.3.2 管道施工

工程主要涉及混凝土村道及县道与河道2种工况，各工况管道施工方案如下所述。

（1）混凝土村道及县道。考虑县道一侧已埋设DN315供水管道，且路肩存在较多的电线杆、景观植物等干扰物，不利于管道埋设，采用破路施工方案。埋设管道于现有供水管另一侧路面以下，施工完成后将混凝土路面恢复原状。本段混凝土路面宽5 m，管槽开挖采用机械开挖与人工开挖相结合方式，具备良好的施工条件。

（2）河道。本方案管道主要埋设于新丰村渠道及矮车河底部，施工条件良好。河道施工涉及施工导流，需联合上游电站降低水位，并设置围堰。矮车河管段沿途经过2处拦河陂，管线由水陂的输水涵洞通过。另外，河道施工可能涉及格宾笼护岸的破坏及恢复。