關(guān)鈴英

塑料管道代替金屬管道用于高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

關(guān)鈴英

（南平市高速公路有限責(zé)任公司，南平353000）

摘要闡述了高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程現(xiàn)狀及存在問題，介紹了高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋新材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，量化分析了用新型塑料管道替代金屬管道實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程現(xiàn)狀與問題新材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

1　前言

近年來，隨著高速公路建設(shè)的縱深發(fā)展，規(guī)劃在建和擬建高速公路更多地分布在山區(qū)，隧道和橋梁所占的比例越來越大，部分路段甚至達(dá)到70%以上，隧道工程的建設(shè)和隧道機(jī)電工程也隨之越來越多。而隧道機(jī)電工程預(yù)留預(yù)埋施工質(zhì)量與高速公路工程建設(shè)建成后能否安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行息息相關(guān)，因此，嚴(yán)格控制隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程的施工管理質(zhì)量從而提高機(jī)電工程施工質(zhì)量是高速公路工程建設(shè)的重中之重。

2　我省高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程現(xiàn)狀及存在問題

2.1我省高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程現(xiàn)狀

我省高速公路隧道內(nèi)通風(fēng)、照明、監(jiān)控、消防系統(tǒng)等預(yù)埋管道類型較少，主要以金屬管道為主，大致情況如下：

隧道頂沿洞軸線方向，一般設(shè)計(jì)預(yù)埋2～4根JDG-50緊定式薄壁鍍鋅鋼管用于照明和通風(fēng)系統(tǒng)，沿線設(shè)接線盒接引電源線至燈具或風(fēng)機(jī)，接線盒間距（即管長(zhǎng)）分為進(jìn)口段、過渡段、基本段、出口段，1.1～7m長(zhǎng)度不等（不同設(shè)計(jì)院可能設(shè)計(jì)間距不同）；隧道側(cè)壁至拱頂一般埋設(shè)3～8根厚壁鍍鋅鋼管60×2.0～3.5沿隧道斷面彎曲敷設(shè)，將配電洞室電源引至隧道拱頂接線盒；監(jiān)控、消防系統(tǒng)預(yù)留洞（室）之間或洞（室）至電纜溝之間一般埋設(shè)單根厚壁鍍鋅鋼管Φ60×2.0～3.5。

預(yù)埋接線盒尺寸為250mm×250mm×250mm，其他工程也有 250mm×250mm×180mm或 180mm×180mm× 200mm規(guī)格，接線盒一般要求鍍鋅鋼板壁厚3mm。

在隧道二襯施工之前，將預(yù)留預(yù)埋接線盒和管道暗敷于模板內(nèi)，然后澆注二襯混凝土。

2.2存在問題

在土建施工期，為了給機(jī)電工程施工時(shí)預(yù)留穿線空間和保護(hù)線纜，預(yù)先敷設(shè)于隧道二襯混凝土中的管道稱為隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋管道。目前主要采用金屬預(yù)埋管道，在施工中普遍存在以下問題：

（1）鍍鋅鋼管的加工部位易受損銹蝕，影響使用壽命。

（2）鍍鋅鋼管斷管后，管口毛刺多，打磨工程量大。

（3）兩管接續(xù)需用金屬套管焊接工藝或?qū)I(yè)接續(xù)件接續(xù)，施工較為復(fù)雜，導(dǎo)致個(gè)別施工單位不按施工要求，采用管口對(duì)接后用膠布纏繞或直接對(duì)焊等，造成管道錯(cuò)位堵塞和毛刺多等諸多問題。

（4）鍍鋅鋼管的彎曲段需要采用專用設(shè)備制作或?qū)Ｓ门浼B接，施工投入大，導(dǎo)致個(gè)別施工單位未按要求施工，采用切口彎管或強(qiáng)行硬彎等，造成管道變形、管內(nèi)毛刺多及管內(nèi)漏漿堵塞等問題。

（5）緊定式鋼導(dǎo)管接頭管件市場(chǎng)長(zhǎng)短不一，施工單位容易混淆使用，如使用不當(dāng)，會(huì)造成管間或管盒連接不牢、漏漿堵塞。

以上存在問題時(shí)常導(dǎo)致管路堵塞、堵死，或者穿纜后線纜破損，使得本應(yīng)保護(hù)線纜的管道成為傷害線纜的殺手，成為影響機(jī)電工程施工和電氣設(shè)備安全運(yùn)行的質(zhì)量通病。機(jī)電工程往往未施工先整改，既影響質(zhì)量又影響工期還增加投入。平均每公里隧道投入10～80萬元進(jìn)行整改。因此，迫切需要選擇其他材料管道來代替鍍鋅鋼管用于高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程。

3　高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋新材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

塑料管材因具有節(jié)能、節(jié)材、保護(hù)生態(tài)、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于市政、建筑和城鎮(zhèn)給排水、電力、通訊以及燃?xì)夤艿阮I(lǐng)域，成為新世紀(jì)建設(shè)管網(wǎng)的主力軍。

通過對(duì)管道市場(chǎng)的調(diào)查和篩選，選擇1根PVC-U四孔柵格管替代隧道頂沿洞軸線方向4根緊定式薄壁鍍鋅鋼管，選擇HDPE管替代沿隧道橫斷面環(huán)向敷設(shè)的鍍鋅鋼管，技術(shù)參數(shù)和性能滿足高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋要求。

2013年3月，南平京臺(tái)高速A7合同段苦竹1#、2#隧道高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋新材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)取得成功。隨后在南平市在建的延順、邵光、南平聯(lián)絡(luò)線高速公路進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用實(shí)驗(yàn)范圍，成果顯著。應(yīng)用情況詳見表1。

表1　各在建項(xiàng)目長(zhǎng)度及配電洞數(shù)量表

4　效益分析

與現(xiàn)行隧道機(jī)電預(yù)埋材料比較，新材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)首先解決了使用鋼管存在的質(zhì)量通病問題，其優(yōu)點(diǎn)：一是導(dǎo)管在一定彎曲半徑內(nèi)可任意彎曲，不需要專用設(shè)備；二是切割方便，導(dǎo)管內(nèi)壁光滑，斷管后，管口無需打磨處理，無毛刺；三是導(dǎo)管連接方便，工藝簡(jiǎn)單，牢固可靠；四是導(dǎo)管預(yù)埋在砼內(nèi)不會(huì)銹蝕，使用壽命長(zhǎng)（可達(dá)50年），不需做防腐處理。

新材料不僅方便施工，解決鋼管固有的質(zhì)量通病，而且降低了材料成本消耗，節(jié)省了鋼材和金屬材料的消耗。同時(shí)節(jié)約資源，減少了金屬材料從開采到冶煉再到加工各環(huán)節(jié)的能源消耗，減少了運(yùn)輸成本，有著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

4.1直接經(jīng)濟(jì)效益分析

高速公路隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋新材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)節(jié)約投資主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

4.1.1材料成本和施工成本降低

在沿隧道軸向采用1根4孔PVC-U柵格管代替4根鍍鋅鋼管，大大降低了材料成本；新材料PVC-U柵格管和HDPE管比金屬管道施工簡(jiǎn)便，大大提高了施工速度，本實(shí)驗(yàn)材料成本共降低2002.68萬元。詳細(xì)計(jì)算過程見表2～表4。

表2　各在建項(xiàng)目鍍鋅鋼管投資預(yù)算

表3　各在建項(xiàng)目新材料投資預(yù)算

表4　各項(xiàng)目鍍鋅鋼管與新材料投資成本預(yù)算對(duì)比分析

減少施工成本：根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，平均每公里隧道投入10～80萬元進(jìn)行機(jī)電預(yù)留預(yù)埋整改。按照平均整改費(fèi)用20萬元/km隧道計(jì)算，本項(xiàng)目預(yù)計(jì)可減少整改投入142.68×20=2853.6萬元。

4.1.2減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用

早期運(yùn)營(yíng)的高速公路通風(fēng)照明系統(tǒng)故障多發(fā)，主要是預(yù)埋管內(nèi)毛刺刮傷電線，如福銀高速南平段運(yùn)營(yíng)前期3年就將所有BV線更換一遍。雖然后期機(jī)電工程質(zhì)量逐年提高，但從南平運(yùn)營(yíng)公司歷年投入隧道照明故障查找和整改換線的情況看，平均每年仍需投入BV線路原始投資7%～10%的費(fèi)用進(jìn)行維修更換。以福銀一期為例，南平段隧道單洞總長(zhǎng)16211m，2012年發(fā)生故障25次，更換線路1180m，詳見表5、表6。

采用新型管道替代金屬管道預(yù)埋之后，由于塑料管道材質(zhì)較柔，在機(jī)電施工穿線時(shí)不會(huì)有毛刺刮傷電線，可以節(jié)省這項(xiàng)維修費(fèi)用。南平京臺(tái)、延順、邵光、聯(lián)絡(luò)線等4個(gè)新材料應(yīng)用項(xiàng)目共使用BV線投資如表7所示為1094.16萬元，每年可節(jié)約用于BV線路更換的費(fèi)用為82.06萬元，按照25年運(yùn)營(yíng)期計(jì)算，運(yùn)營(yíng)期間可節(jié)約運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用2051.5萬元。

表5　福銀一期南平段隧道故障線路情況表

表6　福銀一期南平段隧道更換導(dǎo)線型號(hào)

表7　實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目隧道照明BV線工程量統(tǒng)計(jì)表

因此，采用PVC-U柵格管、HDPE管替代現(xiàn)有設(shè)計(jì)常用的金屬管道材料應(yīng)用于隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程在建設(shè)期可一次性節(jié)約投資2002.68萬元；減少機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程施工整改費(fèi)用2853.6萬元；運(yùn)營(yíng)期可節(jié)約運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用2051.5萬元。合計(jì)可節(jié)約6907.78萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

4.2社會(huì)效益分析

PVC-U柵格管和HDPE管屬于塑料管，單位能耗比鋼材低，使用PVC柵格管和HDPE管替代金屬管作為新型的隧道機(jī)電工程預(yù)埋管道，可以節(jié)省大量鋼材，符合國(guó)家"以塑代鋼"的政策。減少了鋼材從開采、冶煉到加工等諸多環(huán)節(jié)的能量消耗和二氧化硫、二氧化碳等有害物質(zhì)的排放。由于塑料管道材質(zhì)較柔，在機(jī)電施工穿線時(shí)不會(huì)有毛刺刮傷電線，減少了機(jī)電施工前的整改工程量，避免了運(yùn)營(yíng)期間查找故障的費(fèi)用，減少了處理故障更換導(dǎo)線的金屬銅（或鋁）材消耗，從而減少了金屬材料生產(chǎn)過程的資源消耗和有害物排放。同時(shí)由于塑料管道重量輕，運(yùn)輸成本比鋼管更低。

4.2.1PVC-U柵格管、HDPE管和金屬管道生產(chǎn)能耗比較

通過表8、表9計(jì)算可以看出，生產(chǎn)1mG50×4/3.5 型PVC-U柵格管耗能2.27kgce/m，生產(chǎn)1mJDG-50/ 1.6型緊定式鋼導(dǎo)管耗能1.54kgce/m，實(shí)驗(yàn)采用一根4 孔PVC格柵管替代隧道縱向2～4根（平均3根）緊定式鋼導(dǎo)管，每米節(jié)約能耗2.35kg標(biāo)準(zhǔn)煤；生產(chǎn)1mΦ63/4 型HDPE管能耗為0.74kgce/m，生產(chǎn)1mDN50-Φ60/3.5型鍍鋅鋼管能耗3.41kgce/m，采用HDPE管替代鍍鋅鋼管時(shí)，每米節(jié)約2.67kg標(biāo)準(zhǔn)煤。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤635.19t。

表8　PVC-U柵格管/HDPE管和金屬管道的能耗比較

表9　實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以塑代鋼節(jié)約能耗計(jì)算表

4.2.2減少維修故障線路節(jié)約銅資源消耗

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目隧道照明BV銅線用量合計(jì)為2783.54km，由表11可見，采用塑料管道替代金屬管道后，每年可以減少維修故障線路用銅12.11噸，每年減少制造銅導(dǎo)線所需消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)14.23噸，按25年運(yùn)營(yíng)期計(jì)算，可減少制造銅導(dǎo)線消耗的355.68噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

表10　隧道照明BV線用量統(tǒng)計(jì)表

4.2.3運(yùn)輸成本降低

塑料管道比金屬管道重量輕，減少噸運(yùn)輸成本，且HDPE管可以盤卷運(yùn)輸，更加方便。由表12可見，采用G50×4/3.5mm型PVC-U柵格管替代JDG-50/1.6mm緊定式鋼導(dǎo)管可減輕45.45%運(yùn)輸重量，用Φ63/4mm型HDPE管替代DN50-Φ60/3.5mm鍍鋅鋼管，可以減輕82.58%的運(yùn)輸重量。

5　結(jié)論

5.1采用塑料管道替代金屬管道可以提高隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程質(zhì)量

表11　節(jié)能計(jì)算表

表12　減少運(yùn)輸重量計(jì)算表

PVC-U柵格管與HDPE管在高速公路隧道工程預(yù)埋電線施工中的應(yīng)用，能夠滿足施工各項(xiàng)技術(shù)性能的要求，有效解決現(xiàn)階段隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程施工中存在的主要質(zhì)量通病問題，提高機(jī)電施工和設(shè)備運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

5.2采用塑料管道替代金屬管道可以節(jié)約工程投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用

采用PVC-U柵格管、HDPE管替代現(xiàn)有設(shè)計(jì)常用的金屬管道材料應(yīng)用于隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程在建設(shè)期可一次性節(jié)約投資2002.68萬元；減少機(jī)電預(yù)留預(yù)埋整改投入2853.6萬元；運(yùn)營(yíng)期可節(jié)約運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用2051.5萬元。三項(xiàng)合計(jì)可節(jié)約工程投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用6907.78萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5.3采用塑料管道替代金屬管道可以節(jié)約資源

塑料管道生產(chǎn)能耗比金屬管道生產(chǎn)能耗更低，本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目用塑料管道替代金屬管道可一次性節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤635.19噸。

用塑料管道替代金屬管道可以減少維修故障線路，減少運(yùn)營(yíng)期BV銅導(dǎo)線材料的使用從而減少銅冶煉加工過程對(duì)資源的消耗，本項(xiàng)目每年節(jié)約制造導(dǎo)線所需消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)14.23噸。按25年運(yùn)營(yíng)期計(jì)算可減少355.68噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

上述兩項(xiàng)合計(jì)可減少消耗標(biāo)準(zhǔn)煤991噸，同時(shí)減少二氧化碳、二氧化硫等有害氣體向大氣排放。

5.4用塑料管道替代金屬管道運(yùn)輸成本降低

采用PVC-UG50×4-3.5mm柵格管替代JDG-50/ 1.6mm緊定式鋼導(dǎo)管可減輕45.45%運(yùn)輸重量，用HDPE 管Φ63/4mm管替代DN50-Φ60/3.5mm鍍鋅鋼管，可以減輕82.58%的運(yùn)輸重量。

5.5應(yīng)用前景廣闊

今后3年福建省規(guī)劃待建高速公路還有1500km，隧道長(zhǎng)度約360km，應(yīng)用本項(xiàng)目成果預(yù)計(jì)可節(jié)省材料成本和施工整改費(fèi)用4.07億元，可減少生產(chǎn)制造金屬消耗標(biāo)準(zhǔn)煤1609噸，減少二氧化碳、二氧化硫氣體排放，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高速公路通信及電力管道設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范》的實(shí)施，本項(xiàng)目將在全國(guó)高速公路行業(yè)得到推廣，應(yīng)用前景將更加廣闊。

采用PVC-U柵格管、HDPE管替代現(xiàn)有設(shè)計(jì)常用的金屬管道材料在隧道機(jī)電預(yù)埋中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方案切實(shí)可行，實(shí)施效果良好，新材料應(yīng)用后各項(xiàng)技術(shù)性能滿足要求，質(zhì)量合格，能基本解決目前隧道機(jī)電預(yù)留預(yù)埋工程施工存在的主要質(zhì)量通病，對(duì)提高后期供配電線路安裝以及機(jī)電設(shè)備運(yùn)行安全可靠性具有重要意義。用塑料管道替代金屬管道符合國(guó)家節(jié)能減排政策，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得大力推廣應(yīng)用。

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