蘇國(guó)輝

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 廣州 510000)

0 引言

在城市發(fā)展與水資源需求不斷增長(zhǎng)的背景下,確保水源充足、水質(zhì)穩(wěn)定,成為城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。為此,我們從寧西電站引水涵、寧西泵站和輸水管道等方面出發(fā),通過(guò)合理布局與嚴(yán)格施工,旨在優(yōu)化供水系統(tǒng),提升供水能力,保障城市水資源的合理利用。本研究在現(xiàn)有供水體系的基礎(chǔ)上,提出了一種創(chuàng)新性的解決方案,以期為城市的可持續(xù)發(fā)展提供實(shí)質(zhì)性支持[1]。

1 供水現(xiàn)狀問(wèn)題

興寧市城區(qū)的擴(kuò)張及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水范圍的擴(kuò)大,興寧市自來(lái)水廠供水規(guī)模逐年增加,目前第二自來(lái)水廠日平均處理自來(lái)水10.57萬(wàn) t(春節(jié)高峰期間為12.43萬(wàn) m3/d),超過(guò)原設(shè)計(jì)供水能力,亟需擴(kuò)建。由于第二自來(lái)水廠取水口在合水水庫(kù)壩下300 m處的寧江河道上取水,一方面取水規(guī)模不足,需要擴(kuò)建;另一方面取水口位于河道內(nèi)水質(zhì)不穩(wěn)定易受污染,需要遷建,因此本工程將第二自來(lái)水廠取水口遷移至合水水庫(kù)庫(kù)區(qū)取水。

2 工程規(guī)模布置

2.1 總體方案布置

選定的工程總布置由寧西電站引水涵、寧西泵站、寧西泵站～興寧市第二自來(lái)水廠1 299.4 m的輸水管道和其他管道附屬建筑物等組成。具體工程總體布置方案表述如下:

取水口位于合水水庫(kù)主壩右壩頭凹岸處,由寧西電站進(jìn)水事故閘及穿壩引水涵管等建筑物組成,本次建設(shè)維持現(xiàn)狀。

寧西泵站布置在寧西電站引水涵末端,現(xiàn)寧西電站站址處,此處地勢(shì)較平坦,地質(zhì)條件較好,場(chǎng)地開(kāi)闊、交通方便。

原水輸水管道出泵房后在原寧西電站出口涵管位置沿合水灌區(qū)寧西干渠右岸渠堤布置,跨渠后沿渠左岸渠堤布置,穿越小山丘及小山丘后復(fù)墾平地后沿寧江河右岸布置,在現(xiàn)有鐵路橋橋墩處跨越寧江河,再沿522鄉(xiāng)道布置后爬坡穿過(guò)自來(lái)水廠圍墻后接入興寧市第二自來(lái)水廠新建沉淀池。輸水線路總長(zhǎng)度約1.30 km,管直徑1.4 m,全線采用鋼管雙管布置,局部穿路、過(guò)溝及穿渠需外包混凝土[2]。

2.2 輸水涵管過(guò)流能力分析

由于本次興寧第二自來(lái)水廠遷建工程利用原寧西電站進(jìn)水管作為引水管,因此需保證在供給自來(lái)水廠原水時(shí),不影響灌溉用水。即在水庫(kù)死水位132.5 m時(shí),復(fù)核引水涵管最大過(guò)流能力是否大于6.88 m3/s(供水設(shè)計(jì)流量3.38 m3/s和灌溉設(shè)計(jì)流量3.50 m3/s之和)。

本次取水口利用原寧西電站進(jìn)水管,拆除引水涵末端(閥門(mén)位置)至寧西電站的原輸水管,引水涵末端(閥門(mén)位置)接“一叉三”接口?！耙徊嫒苯涌诔隹谧筮?順?biāo)鞣较?接直徑1.0 m的鋼管作為灌溉引水涵管,連接至合水灌區(qū)寧西干渠起點(diǎn)以提供灌溉用水;接口出口中間接直徑0.9 m的鋼管后進(jìn)入泵房接入水泵機(jī)組;接口出口右邊(順?biāo)鞣较?接直徑1.0 m的鋼管,直徑1.0 m的鋼管接 “一叉二”接口后接兩根直徑0.9 m的鋼管,再分別進(jìn)入泵房接入水泵機(jī)組[4]。各分岔口及鋼管轉(zhuǎn)彎處均采用C30混凝土鎮(zhèn)墩固定。

2.3 輸水管線規(guī)模

為保證原水在輸送途中不受污染,提高供水的安全性,本工程寧西泵站～第二水廠交水點(diǎn)的輸水管道采用自流輸水方式。本工程近期(2020)年最大取水量:15.79萬(wàn) m3/d(1.83 m3/s);遠(yuǎn)期最大取水量(2030年):29.21萬(wàn) m3/d(3.38 m3/s);遠(yuǎn)期最大取水量約為近期的2倍。因此寧西泵站～第二水廠交水點(diǎn)的輸水管道采用雙管,并在寧西泵站內(nèi)設(shè)置一個(gè)連通閥,則近期兩根管道可互為備用。根據(jù)水工布置,擬定輸水管線采用管徑為DN1400的鋼管,管線基本沿寧江河由北向南布置,輸水長(zhǎng)度1.30 km。

3 輸水管道選擇

3.1 輸水線路選擇

管道出泵房后沿合水灌區(qū)寧西干渠右岸渠堤布置,穿寧西干渠后沿寧西干渠左岸布置,再轉(zhuǎn)至寧江河右岸沿寧江河右岸布置,在現(xiàn)有鐵路橋橋墩處跨越寧江河連接至第二自來(lái)水廠,線路總長(zhǎng)度為 1 299.4 m。

3.2 輸水管道條數(shù)的選擇

根據(jù)地形及水力條件,本工程寧西泵站～第二水廠交水點(diǎn)的輸水管道采用加壓輸水方式。本工程近期(2020)年最大取水量15.79萬(wàn) m3/d(1.83 m3/s),遠(yuǎn)期最大取水量29.21萬(wàn) m3/d(3.38 m3/s),因此寧西泵站～第二水廠交水點(diǎn)的輸水管道采用雙管,并在寧西泵站外每條管設(shè)置一個(gè)電動(dòng)蝶閥,則近期兩根管道可互為備用。

3.3 管材管徑選擇

城市的水源調(diào)節(jié)往往會(huì)選擇制成的Q235(即我國(guó)的普通碳素鋼標(biāo)準(zhǔn)編號(hào))鋼板的鋼管,具有如下特征:

這種管件強(qiáng)度高,能夠應(yīng)對(duì)大的工作壓力,便于施工布置,調(diào)整范圍大且聯(lián)接方式多樣。另外,管路的漏水情況極少,而且單位長(zhǎng)度的重量很輕,使其能夠有效地安裝跨越所有類(lèi)型的障礙[4]。

3.4 輸水管道埋設(shè)及穿障礙物

管道基礎(chǔ)采用中砂基礎(chǔ),厚度為300 mm,設(shè)計(jì)支承角120°,以符合設(shè)計(jì)要求的原狀土層做持力層。

農(nóng)田里埋地管道兩側(cè)采用壓實(shí)性能較好的石屑回填,并達(dá)到相應(yīng)的壓實(shí)度要求,上部可采用原狀土分層壓實(shí)回填。管道埋設(shè)見(jiàn)圖1,埋設(shè)于山體時(shí)管道剖面圖如圖2。

圖1 農(nóng)田段管道剖面圖

管道下穿溝渠處或者覆土不足1 m時(shí),為不破壞管道自身安全,采用C20素混凝土包封。管道跨越寧江河段為樁號(hào)YS0+903.13～YS0+992.29,管道跨越寧江河段采用原有鐵路橋橋墩架設(shè)鋼管,在橋墩上設(shè)置鋼板,用螺栓與原有橋墩固定,鋼管通過(guò)管卡型式固定于鋼板上。

此處寧江河寬約66 m,現(xiàn)狀墩墻由四跨組成,單跨約16.5 m,管道上彎出土轉(zhuǎn)角設(shè)混凝土鎮(zhèn)墩。

4 管道安裝技術(shù)方案

4.1 管道預(yù)制及防腐

制造預(yù)制管道的主要環(huán)節(jié)都在預(yù)制工作區(qū)內(nèi)完成,意在盡可能地減少固定焊口的焊接頻次。置于地面的鋼管和配件被預(yù)先做成管道部件,而這些部件的預(yù)制程度一般以運(yùn)輸和安裝的便利程度為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)決定。

在開(kāi)始安裝之前,必須先對(duì)碳鋼管道及相關(guān)管部件實(shí)施防腐操作,防腐后的管材應(yīng)存放在高出地面一段距離的木墊上。為了防止破壞管道外部的土層,墊子應(yīng)放在管道未涂防腐漆的部位。關(guān)于鋼管的內(nèi)壁和鋼部件,先進(jìn)行去銹工作,再涂?jī)杀镮PN8710無(wú)毒底漆,然后涂?jī)杀镮PN8710無(wú)毒防腐漆,使防腐涂層的厚度超過(guò)0.14 mm。

在防腐層制作完畢后,使用厚度測(cè)量?jī)x進(jìn)行厚度的檢驗(yàn),并使用電壓設(shè)定為1 500 V的電火花泄露檢測(cè)儀對(duì)其進(jìn)行絕緣性能的檢查,任何不達(dá)標(biāo)的部分都需要重涂以保證質(zhì)量。

4.2 埋地管道安裝

在儲(chǔ)存、托持及運(yùn)輸鋼管的過(guò)程里,必須確保防腐層無(wú)損壞。同時(shí),禁止在巖石或其他硬質(zhì)表面上儲(chǔ)存管子。在保存和運(yùn)輸過(guò)程中,需要保障管道的完好無(wú)損,不允許將管道拋或推入溝槽。

在建筑過(guò)程中,基于管材的直徑和潛入的深度,用機(jī)器與人力的聯(lián)合方式來(lái)進(jìn)行管材的鋪設(shè)。對(duì)于大型管材,用機(jī)器幫助進(jìn)行鋪設(shè),用起重機(jī)把管材吊進(jìn)溝渠里,用寬布帶進(jìn)行纏繞,以便于吊裝。采取兩點(diǎn)懸掛的方式,保證在吊裝過(guò)程中穩(wěn)定升起和放下。同時(shí),在溝渠的基礎(chǔ)上設(shè)一個(gè)窩口,可以保證在拉出吊裝帶時(shí)不損害管材的涂層。在溝渠內(nèi)將管段進(jìn)行聯(lián)接,管線必須對(duì)正對(duì)直。

4.3 管道連接及閥門(mén)安裝

直管之間、直管與管件之間的連接都使用手動(dòng)電弧焊接,而直管與閥門(mén)則通過(guò)法蘭來(lái)連結(jié)。在此項(xiàng)目中,鋼管的最大徑距為DN1428,焊接方法選擇了手動(dòng)電弧焊接。在焊接開(kāi)始前,會(huì)對(duì)焊接材料進(jìn)行工藝評(píng)估。

當(dāng)電弧焊焊接壁厚4 mm或以上的焊件時(shí),我們選擇使用"V"型坡口;若壁厚低于4 mm,則選用"I"型坡口[7]。

4.4 管道試壓、清洗

安裝完畢管道后,需做水壓檢測(cè)。在做壓力檢測(cè)注水前,需保證管道以及閥門(mén)內(nèi)的雜物已清理干凈,并且管道未封的部分應(yīng)用法蘭盲板封住。所有的管道連接點(diǎn)及固定裝置都應(yīng)已穩(wěn)固安置。除了連線區(qū)以外,管道兩側(cè)及頂部之上的回填材料高度不應(yīng)低于半米。焊接縫隙的外部檢查和探查測(cè)試都需要合乎標(biāo)準(zhǔn),焊接縫隙處未經(jīng)涂油。

在進(jìn)行試壓之前,應(yīng)依據(jù)每個(gè)施工階段的實(shí)際情況提前協(xié)調(diào)水源,并準(zhǔn)備詳盡的試壓計(jì)劃才能執(zhí)行[8]。

將水從試驗(yàn)管道的最低端開(kāi)始填充,直到所有的空氣都被排除出去。然后,讓充滿(mǎn)水的管道保持48 h,在此期間用電動(dòng)試壓泵將壓力提高到規(guī)定的測(cè)試壓力,并一直維持這個(gè)壓力10 min。檢查過(guò)程中需確認(rèn)管道接口和管體沒(méi)有任何破損和泄露。若滿(mǎn)足上述要求,管道強(qiáng)度測(cè)試就可以說(shuō)是合格的。接著,會(huì)進(jìn)行密封性測(cè)試。

當(dāng)?shù)叵鹿艿赖脑囼?yàn)合格之后,開(kāi)始執(zhí)行接口防腐措施,并根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范的規(guī)定對(duì)管道溝進(jìn)行回填。

4.5 埋地管道回填

完成管線工程并經(jīng)過(guò)合格檢測(cè)后,應(yīng)馬上填充回土。在管道兩旁以及上方50 cm的回填區(qū)域中,不能含有沙石、碎磚、瓦渣等雜質(zhì)以及硬化泥塊。回填土應(yīng)從溝壑兩邊平衡地填入,不能直接投擲在管道上,維持均穩(wěn)填充至其他部位,不能偏向一邊累積填充。

在土壤回填時(shí),應(yīng)逐層處理,同時(shí)避免損傷管線。所有在管線兩旁和管線頂面向上50 cm以?xún)?nèi)的部分,必須手動(dòng)壓實(shí),管線兩側(cè)對(duì)于壓實(shí)的處理應(yīng)該分層進(jìn)行,確保每一層的厚度不大于30 cm。在回填過(guò)程中,應(yīng)確保管道槽道或開(kāi)挖區(qū)域沒(méi)有積水。

5 管道施工質(zhì)量控制

5.1 管道安裝開(kāi)挖回填質(zhì)量控制

管道在轉(zhuǎn)彎、三通、四通、異徑、堵頭及閥門(mén)井等位置處應(yīng)設(shè)置混凝土支墩,彎頭、支墩按要求制作,土的內(nèi)摩擦角為20°。借助管道插接頭,非線性管段可以順著曲線路線進(jìn)行安裝,同時(shí)不同管徑的轉(zhuǎn)角幅度須符合規(guī)定的限度。

通常使用直立挖掘方法來(lái)埋設(shè)輸水管道,并且當(dāng)溝道挖掘完畢后,應(yīng)該實(shí)行適當(dāng)?shù)呐潘呗砸员苊夤艿赖臄_動(dòng)。所需的基底承載力特性值不應(yīng)低于100 KPa。此外,管道底基使用15 cm厚的中粗沙填充作為底層基礎(chǔ)。

管道回填時(shí),給水管道從管道基礎(chǔ)頂面到管頂以上0.5 m范圍內(nèi)回填石屑。石屑層以上回填土應(yīng)分層夯實(shí)并滿(mǎn)足道路路基要求,管溝槽底不得超挖。遇到松軟地基應(yīng)進(jìn)行處理,遇到地下水位較高時(shí)應(yīng)做好施工排水,保證干槽施工。

5.2 管道焊接質(zhì)量控制

焊接時(shí)應(yīng)選擇合理的焊接順序,以減小鋼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和焊接變形;焊縫的完整性、強(qiáng)度等參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)等相關(guān)規(guī)范的要求。

焊縫質(zhì)量按一級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)要求,焊縫檢測(cè)按《水電水利工程壓力鋼管制作安裝及驗(yàn)收規(guī)范 》(GB50766-2012 )及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)執(zhí)行。

鋼管焊接完成后,對(duì)焊接口進(jìn)行打磨處理,使管道接口平順,再進(jìn)行防腐處理。焊接鋼管下管時(shí)應(yīng)采用軟帶吊裝,以免破壞防腐層;如發(fā)現(xiàn)管道防腐層有損壞,應(yīng)立刻進(jìn)行防腐修補(bǔ)。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)本文以通過(guò)建設(shè)興寧自來(lái)水廠遷建工程的運(yùn)輸配套設(shè)施工程。興寧市第二自來(lái)水廠取水、輸水構(gòu)筑物,工程任務(wù)為供水。管道出泵房后沿合水灌區(qū)寧西干渠右岸渠堤布置,穿寧西干渠后沿寧西干渠左岸布置,再轉(zhuǎn)至寧江河右岸沿寧江河右岸布置,在現(xiàn)有鐵路橋橋墩處跨越寧江河連接至第二自來(lái)水廠管道,管材選用Q345B管鋪設(shè),兩條管道互為備用,輸水管道采用加壓輸水方式。

(2)本工程的建設(shè)能有力地促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、加快構(gòu)建小康社會(huì),對(duì)于保障水質(zhì)、確保人民用水安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,其社會(huì)效益十分顯著。建議在可能情況下,本工程結(jié)合其他市政配水管網(wǎng)項(xiàng)目共同規(guī)劃。