“互联网+城乡供水”改造工程中不同管网方案比较和选择

时间：2024-05-18

白玉亮

摘要：通过对泾源县“互联网+城乡供水”提升改造工程管网中不同管材、管线穿路方式和阀井结构等进行了分析比较，得出了输供水压力管道采用球墨铸铁管和PE管两种管材、管线穿路方式采用破路开挖并恢复的方式进行施工、联户阀井采用边预制边安装施工的大块预制钢筋砼阀井、分水阀井采用现浇砼结构型式、管网监测阀井采用监测井与分水井结合布置，从而为其他同类工程建设提供了参考。

关键词：“互联网+城乡供水” 不同管网管材阀井结构比较和选择

中图分类号： TU991.33 中图分类号：A

Comparison and Selection of Different Pipe Network Schemes in the "Internet+ Urban and Rural Water Supply" Reconstruction Project

—Taking the "Internet+ Urban and Rural Water Supply" Upgrading and Reconstruction Project in Jingyuan Countyas an Example

BAI Yuliang

（1.Water Resources Service Center of Jingyuan County， Guyuan， Ningxia Hui Autonomous Region， 756400 China）

Abstract： By the analysis and comparison of different pipe materials， pipeline routing methods and valve pit structures in the pipeline network of the "Internet+ urban and rural water supply" upgrading and reconstruction project in Jingyuan County， this paper concludes that the pressure pipeline for water transmission and supply uses the two pipe materials of the nodular cast iron pipe and the PE pipe， the pipeline routing method is to construct by the way of road breaking， excavation and restoration， the joint valve pit uses the large prefabricated reinforced concrete valve pit which is installed while prefabricated， the water diversion valve pit adopts a cast-in-place concrete structure type， and that the monitoring valve pit of the pipeline network is arranged in combination with the monitoring pit and the water diversion pit， so as to provide reference for other similar engineering construction.

Key Words： "Internet+ urban and rural water supply"; Different pipe networks; Pipe material; Valve pit structure; Comparison and selection

经过《泾源县农村饮水安全水源提升改造工程》《泾源县农村饮水管网提升改造工程》《泾源县县城供水支管改扩建工程》等工程的建设，系统解决了泾源县城乡饮水的水源问题以及管网破损老化问题，并为全县人饮工程配套自动化、信息化系统。但是对照宁夏“互联网+城乡供水”示范省（区）建设要求，现状泾源县城乡供水项目仍存在短板和不足，尤其是县城部分供水管网和联户阀井不满足现状运行要求需进行改造。经调查，需更换支管道460 m，连通引入管长135 m，更换入巷管道2 333 m；新建县城管网监测井28座，分水井7座；改造联户阀井60座，新建联户阀井52座。

1管材比选

1.1管材選择

泾源县“互联网+城乡供水”提升改造工程中管道管径40～150 mm，最高压力等级2.0 MPa。

1.2管材特性

根据流量、管径、工作压力等因素，重点比选了钢管（3PE）、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管（PCP管）、钢丝网骨架PE管及PE管，其特性简述如下。

1.2.1钢管（3PE）

钢管（3PE）主要特点为适应地形变化能力较强，承压能力好，通过内外防腐处理可具有良好的防腐性能。适应压力一般在3.0 MPa以上，主要适用管径2 000 mm以下、压强3.0～16MPa的管道，对于大管径高压强管道造价较低^[1]。

钢管（3PE）自身抗腐蚀性差于球墨铸铁管道，而且接头采用焊接，现场施工较复杂，施工费用较高，对施工队伍要求较高，且需现场做接口处二次防腐处理。

1.2.2球墨铸铁管道

球墨铸铁管的主要特点为适应地形变化能力较强，易安装，接口采用双胶圈，接口密封效果好，通过内外防腐处理可具有良好的防腐性能。而且承压能力好，压力在0.6～8.0 MPa之间，适用管径在100～2 000 mm之间的供水管道。对于大管径、高压强管道造价较低。主要缺点管材重，出厂前需做内外防腐处理。

1.2.3预应力钢筋混凝土管（PCP管）

预应力钢筋混凝土管（PCP管）加工工艺简单、造价低，较适合我国的经济状况而应用普遍^[3]，在宁夏区内的重要供水工程中已有很多应用，PCP管采用滚动胶圈密封，止水效果较好。但管材制作过程中也存在弊病，如三阶段管喷质量不稳定，易脱落和起鼓；一阶段管在试驾预应力时不易控制（特别在插口端部），且因体积重量大造成运输安装都不方便，使其应用受到限制。一阶段预应力钢筋混凝土管口径一般在DN2000以下，三阶段预应力钢筋混凝土管口径最大可达DN3000，一般工作压力为0.2～1.2 MPa之间^[2]。

1.2.4钢丝网骨架PE管道

鋼丝网骨架PE管是以高强度钢丝左右螺旋缠绕成型的网状骨架为增强体，以高密度聚乙烯（HDPE）为基体，并用高性能的HDPE改性粘结树脂将钢丝骨架与内、外层高密度聚乙烯紧密地连接在一起的一种新型管材，具有防腐^[4]、不结垢、光滑低阻、保温不结蜡、耐磨、质量轻等塑料管的共同特点，为柔性材料，适应地形变化能力较强，主要适用于直径小于500 mm、压强1.6～4.0 MPa，地形复杂地段。用法兰盘接头的钢丝网骨架管可以满足2.0～4.0 MPa的管道要求。

1.2.5PE管

采用给水聚乙烯（PE100）为材质，具有良好的卫生性能，水流阻力小；耐腐蚀性、耐低温、抗磨损性能卓越；韧性好，抗应力开裂性好，断裂伸长率一般超过350%，对管基不均匀沉降的适应能力非常强，抗震性能良好^[5]。DN63mm以下的管材采用热熔承插焊接，DN63mm及以上的管材采用热熔对接焊接、电熔连接和机械连接。管径DN20～DN1000mm，压力等级0.6～1.6 MPa。

1.3管材比选

1.3.1价格比较

对管材价格进行比较，见表1。

对于直径DN500mm与DN450mm管道，压力等级1.0 MPa，价格差异：钢丝网骨架PE管<预应力钢筋混凝土管（PCP管）<球墨铸铁

对于直径DN350mm管道，压力等级1.0 MPa，价格差异：钢丝网骨架<球墨铸铁1.3.2管道性能比选

对管材性能进行比较具体见图1。

（1）管道特性：球墨铸铁管>3PE钢管>钢丝网骨架PE管>PE管>预应力钢筋混凝土管（PCP管）。（2）适应地形变化能力：3PE钢管>球墨铸铁管>PE管>钢丝网骨架PE管>预应力钢筋混凝土管（PCP管）。（3）管道防腐性能：PE管>钢丝网骨架PE管>球墨铸铁管>3PE钢管>预应力钢筋混凝土管（PCP管）。（4）管道施工难易程度：3PE钢管>钢丝网骨架PE管>PE管>球墨铸铁管>预应力钢筋混凝土管（PCP管）。（4）接口密封效果：3PE钢管>PE管>钢丝网骨架PE管>球墨铸铁管>预应力钢筋混凝土管（PCP管）。

1.3.3管材选择

综上所述，根据管道流量、压力、地形条件等因素，参照各种管材综合性能和管材价格对比，本工程输供水压力管道采用球墨铸铁管和PE管两种管材，其中：压力等级＞1.6 MPa时均选用球墨铸铁管；压力等级≤1.6 MPa时，选用PE管。

2管线穿路方案比选

泾源县“互联网+城乡供水”提升改造工程涉及管道铺设的主要包括460mDN150支管道更换，135mΦ110-160引入管连通管道和2333mΦ40-50入巷管道更换。由于支管和引入管均位于泾源县主街道上，各管段距离较短且路下情况较为复杂；同时需更换入巷管的巷道普遍狭窄为1.5～2.0m之间且巷道拐角较多，无法满足拉管施工，因此设计均采用破路开挖并恢复的方式进行施工。

3阀井结构比选

3.1联户阀井结构比选

由于联户阀井数量多、分布广，是管网部分制约工程投资和工期的主要因素，现阶段在根据现场调查基础下以及能够满足设备安装需求情况下，为合理优化阀井选型，设计在目前常用阀井现浇钢筋混凝土阀井、大块装配式预制钢筋砼阀井、小块装配式预制钢筋砼阀井、圆形砖混结构阀井等4种型式之间进行比选，下面分别从阀井造价、重量、施工工期、施工难度、防水性能等方面进行综合比选，见图2。

经比选，钢筋砼现浇阀井结构最稳定，防水效果最好，但投资较高，施工较繁琐；钢筋砼预制阀井结构稳定，防水效果较好，投资一般，施工简单且工期短；砖砌阀井施工简单、投资最小，但其结构最不稳定且防水效果最差，近年已逐步淘汰。经多方面比选，由于联户井数量较多，考虑到工期要求，设计联户阀井采用边预制边安装施工的大块预制钢筋砼阀井。

3.2分水阀井结构比选

对于管网分水阀井，由于主管、分水管的管径尺寸各不相同，且分水阀井数量较少仅有7座，如采用预制井需制作多种磨具，生产较不便，单座投资在6 000～7 000元；砖砌阀井单座投资在4 000～5 000万元，但对于大结构阀井结构安全性较砼阀井较差，近年在被逐步取代；现浇阀井由于阀井结构稳定，适用于不同结构尺寸，单座投资在8 000～10 000万元不等。结合分水阀井性能，根据表2阀井型式比选，虽然现浇阀井投资较高，但结构安全性较好，可满足各种不同尺寸要求，所以最终确定采用现浇砼结构型式阀井作为管网分水阀井。

3.3管网监测阀井布置方案比选

泾源县“互联网+城乡供水”提升改造在管网工程分水口布设监控井以便对管网流量和压力进行监控，对于流量和压力双控点（含更换电动蝶阀）的布设，有“T”型和“+”型等连接方式，监测设备的布置有与分水口结合布置和单独布置两种方案，对于“T”型接口，由于只需在支管上增设流量计、压力表（需更换的电动蝶阀，由于连通管道原阀井基本完好，可在原分水阀井中更换），所以不必拆除原分水井，可单独增加监测井，而对于“+”型接口则有两种方案。

方案一：监测井单独布设，电动蝶阀安装于原分水阀井中，监测井内安装流量计（含压力表）、伸缩节、甲乙管等管件及阀件，经过对阀井内阀件的尺寸布置，并考虑运行使用所需空间，单独布设监测井最小尺寸为1.4 m×1.6 m，具体管件及阀件布置详见图3。

方案二：将监测井和分水井结合布置，井内安装四通、电动蝶阀、伸缩节、流量计（含压力表）、甲乙管等管件及阀件，此方案需将原分水井拆除，再重新浇筑阀井，流量计安装需设置前5后3的管道直径倍数，经过对阀井内阀件的尺寸布置，并考虑运行使用所需空间，将监测井和分水井结合布置的“+”型接口所需阀井的最小尺寸为1.6 m×3.8 m，具体管件及阀件布置详见图4。

经比选，单座1.4 m×1.6 m阀井投资为11 093元，单座1.6 m×3.8 m阀井投资为22 124元，将监测井和分水井结合布置投资小于两座监测井单独布置投资，同时由于泾源县城管网基本位于街道沥青路上布設，当监测井与分水井分开布置时需对两个工作面进行围挡，对交通影响较大施工难度也较大。所以，经综合考虑，本次设计将监测井与分水井结合布置，即拆除原分水井扩建为现浇混凝土阀井。