广州市高风险供水管网改造设计探讨——以新塘大道至黄埔东路DN1200供水管网改造工程为例.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/7广州市高风险供水管网改造设计探讨要要帅仁要以新塘大道至黄埔东路D N 1 2 0 0 供水管网改造工程为例昱（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东 广州 510000）【摘要】供水管网是城市供水系统的重要组成部分袁广州市因历史原因存在大量使用时长超过 50 年或管材为混凝土管的供水管网袁存在随时爆漏的风险袁供水安全受到威胁袁针对高风险供水管网的改造迫在眉睫遥以工程实例为背景袁围绕城市高风险供水管网改造设计展开探讨袁最大限度降低管网漏损风险袁提高供水安全性和稳定性遥【关键词】高风险供水管网曰改造曰设计【中图分类号】TU991.33【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0085-030 引言城市供水系统是城市的重要基础设施，为城市的生命线工程，保证供水安全至关重要。由于历史原因，广州市大量高风险供水管道存在各种各样的问题，主要表现为以下 3 点：淤管网建设年代久远，老化严重。于管材质量参差不齐，漏损严重。盂由于管网老化及管材质量问题，水厂无法全压运行，下游供水管网水压偏低，不能满足居民生产生活的需要。随着城市的快速发展，针对高风险供水管网的改造迫在眉睫，本文将以新塘大道至黄埔东路 DN1 200供水管网改造工程为例，开展高风险供水管网改造设计研究。1 工程概况新塘大道至黄埔东路 DN1 200 供水管网改造工程位于广州市增城区新塘镇新塘大道、南安广虎路、广虎大道、黄埔区黄埔东路、康南路等路段。经现场实际勘察，上述路段的供水管道为 19751991 年建造，主要材质是混凝土管，管龄接近 40 多年，老化严重，属于易爆管段。若该管段供水管发生爆漏，将会影响新塘镇、黄埔区等供水管网系统沿线用户的用水稳定性。为了防止现状 DN1 200 供水管道发生爆漏，确保供水管网安全运行，减少管道爆漏的维修费用和水量损失，保障沿线用户的财产安全，该管道的改造刻不容缓。工程主要建设内容包含新建 DN1 800 供水管6 017 m，DN1 200 供水管 2 643 m，DN1 000 供水管111 m，DN600 供水管 1 330 m，DN400 供水管 1 288 m，以及配套闸阀井、蝶阀井、排气井、排泥井、路面破除修复和现状旧管拆除等。工程建设后能降低新塘大道至黄埔东路（开创立交）广州南玻段沿线管道爆漏的风险，提高供水的安全性。2 工程设计2.1 用水量分析根据新塘水厂用水量报告得知，新塘水厂供水规模为 70 万 m3/d，出厂管道为 1 根 DN1 800 管道及1 根 DN1 600 管道，其中 DN1 800 管道承载水量为40 m3/d，DN1 600 管道承载水量为 30 m3/d。本工程改造区域为 DN1 600 管道下游，现状为 2 根 DN1 200 管道，根据计算，管道流速为 1.54 m/s，计划更换为 1 根DN1 800 管道，计算管道流速为 1.36 m/s，满足经济流速要求1。2.2 工程方案新建供水管道全段采用开挖施工，但南安广虎路、广虎大道只有 57 m，道路中间有污水管，无法新装 DN1 200 大型供水管道。根据现场实际踏勘结果，拟采用新路由安装管道方案，新塘大道上现有两条 DN1 200 供水管均已超负荷运行，无法满足新塘水厂设计水量及今后发展的供水量需求，故将该两条 DN1 200 供水管优化合并为一条 DN1 800 供水管沿新塘大道敷设，同时接驳现状供水管道。2.3 管材选用结合工程方案布置，从管材性能、管道造价、管材制造能力和实际使用状况等综合分析，确定大部分地段、穿越障碍及地质条件较差、施工条件较差的地段使用钢管，部分地质条件较好、障碍物少且有较长直管段的地段使用球墨铸铁管。2.4 管道埋深工程供水管道敷设在机动车道下，在满足抗浮规范的前提下，确定 DN1 800管道覆土 1.5 m，DN1 200管道覆土 1.3 m，DN1 000 管道覆土 1.2 m，DN600 管道覆土 1.0 m，DN400 管道覆土 0.8 m2。2.5 管沟回填根据管径区分，管径不小于 1 000 mm，管道位建筑 节能85LOW CARBON WORLD 2023/7于路基下，采用中粗砂和石屑回填；管径不大于600 mm，管道位于路基下，采用石屑回填3。管沟回填（适用于管径不小于 1 000 mm 的管道）如图 1 所示，管沟回填（适用于管径不大于 600 mm 的管道）如图 2 所示。2.6 附属构筑物设计（1）分段阀门。每隔 5 km 设置一个分段阀门，采用手动蝶阀，阀门均设在阀门井内。（2）排气阀和排水阀设置。在供水管道适当位置设置排气阀是保证供水管道安全运行的一种有效方法，能够排出和注入供水管道中的空气，在供水管道运行过程中将会出现下面 3 种排气和注气情况：淤当供水管道初次充水时，管中空气的排出。于当供水管道正常运行时，从水中溶解析出气体的排出。盂当供水管道放空排水时，管道内需从外部吸入空气，以防止管道内出现负压。为了达到上述要求，根据本工程的特点和条件，确定供水管道纵向断面布置方案和设置排气设施：淤供水管道纵向断面布置方案。根据埋管、沉管等施工工艺要求以及穿越河道和排气排水等要求，采用小坡度斜向的高程布置方式，管道纵向设有一定坡度，便于排气和排水。排气阀设置在升坡高处排气阀井内。于排气设施。DN1 800 管道采用 DN200 排气阀，DN1 200 管道采用 DN100 排气阀，地形高处大约每隔 1 km 设 1 个排气阀，并设置闸门。根据管道走向和布置，考虑管道试压、冲洗和检修排水方便，在靠近河涌、架空管低处等考虑设置排水阀。全线排水阀设置间距平均约为 3 000 m 设1 处。排水阀均采用手动闸阀，DN1 800 管道的排水阀口径为 DN600，DN1 200 管道的排水阀口径为DN400，所有排水阀门均设在专用的排水井内，水排向河涌或者市政雨水井中。为满足新塘大道至黄埔东路 DN1 200 供水管网改造工程运营期间排水、排气和阀门安装维护要求，所有排气和排水设施以及阀门、流量计的井类均作为永久构筑物，同时井内管道上设有检修人孔。3 工程重难点3.1 管道穿越河涌的工况新塘大道至黄埔东路 DN1 200 供水管网改造工程的供水管道共穿越两处河涌，分别是温涌、水南支涌，穿越方案如下。（1）温涌。温涌位于新塘大道与温涌东路交界处，拟建 DN1 800 供水管道需要穿越河涌，河涌自北往南，在新塘大道处呈暗渠式通过。根据现场勘察，该处河涌敞口段因管线较为密集，且附近有一处高压电塔，无法进行明挖施工。根据技术及经济比选，确定新建 DN1 800 供水管道采用泥水平衡顶管方式从温涌暗渠底穿过，顶管工作井及接收井的深度为 10 m。（2）水南支涌。水南支涌位于新塘大道，拟建DN1 800 供水管道需要穿越河涌，河涌自北往南，在新塘大道处呈暗渠式通过。根据现场勘察，该处敞口段位置充足，施工条件较好，故新建 DN1 800 供水管道明挖从水南支涌底围堰穿越4。穿越水南支涌处如图 3 所示。3.2 管道穿越高速公路的工况新建 DN1 800 管道需要穿越广深高速，根据现场实际踏勘结果以及综合比选，管道采用泥水平衡式顶管穿越广深高速，顶管工作井及接收井深度为7.5 m。3.3 管道穿越高铁的工况新建 DN1 800 管道需要穿越穗深铁路段，经过现场踏勘和比选，确定采用钢筋混凝土套管的形式下穿铁路，钢筋混凝土套管采用顶管施工方法。套管为 DN2 200 三级钢筋混凝土管，顶管长度为 120 m，深度为 8.5 m，护管顶管完毕后，将新建 DN1 800 供水管道放置于护管中，并填充中砂或注浆。穿越铁路套管施工如图 4 所示。图 1 管沟回填渊适用于管径不小于 1 000 mm 的管道冤设计路面按设计路面结构施工路基逸90%（85%依2%）逸90%逸95%逸95%逸95%逸95%逸90%逸90%B该高度范围内采用石屑分层回填密实，密实度按路基回填要求该高度范围内采用石屑分层回填密实，两侧压实度不小于 90%，中间部分压实度为（85%依2%），分层厚度不大于 200该高度范围内采用各种粗砂分层回填密实，压实度不小于 95%，分层厚度不大于 200 mm换填碎石砂D1图 2 管沟回填渊适用于管径不大于 600 mm 的管道冤设计路面按设计路面结构施工路基该高度范围内采用石屑分层回填密实，密实度按路基回填要求该高度范围内采用石屑分层回填密实，两侧压实度不小于 90%，中间部分压实度为（85%依2%），分层厚度不大于 200 mm该高度范围内采用石屑分层回填密实，压实度不小于 95%，分层厚度不大于200 mm换填碎石砂逸90%（85%依2%）逸90%逸95%逸95%逸95%逸95%逸90%逸90%BD1建筑 节能86LOW CARBON WORLD 2023/73.4 旧管处置新建供水管道施工完毕后，为防止旧供水管道停水状态下发生安全事故，需要对其进行处置5。因新塘大道至黄埔东路 DN1 200 供水管网改造工程现状 DN1 200 旧管基本被房屋骑压，无法拆除，故DN1 200 旧管均采用注浆处置。注浆工序：注浆井施工寅旧管断开，封堵两侧寅旧管开孔，安装观察管寅打入注浆管，反复灌浆至浆液溢出观察管寅封堵注浆孔、观察孔，拆除观察管。下一管段重复上述工序。注浆井沿原供水管管线方向布置，布置间距为50耀200 m，且其布置位置应尽量远离房屋等原有构筑物。注浆材料采用泡沫混凝土，为保证浆液完全充满管道，应待浆液溢出观察管后方可停止注浆。4 主要设计特点（1）因地制宜，合理确定供水管网管材。针对新塘大道至黄埔东路 DN1 200 供水管网改造工程线路较长，地质条件多变，穿越多处河道、公路等障碍物的特点，经过技术经济比选后，该工程选用钢管与球墨铸铁管，直管段及障碍物较少处采用球墨铸铁管，顶管、障碍物较多处采用钢管。（2）合理制定管道施工方式，确保供水管网顺利施工。新塘大道至黄埔东路 DN1 200 供水管网改造工程管道全长约 13 km，多处穿越河涌、穗深高铁、广深高速重要节点，本工程因地制宜，根据不同工况，采用明挖、顶管等不同的施工方法。（3）合理设计管道结构，确保供水可靠性。管网是供水最重要、最基础的“生命线”，新塘大道至黄埔东路 DN1 200 供水管网改造工程管道结构结合地质及现场各方面因素，综合考虑采用支护以及软基处理等形式，从根本上解决管道因结构问题造成的破损及开裂问题。（4）运用水锤模拟分析软件，合理设置防水锤设施。新塘大道至黄埔东路 DN1 200 供水管网改造工程管道长度约 13 km，属于长距离输水工程。长距离供水管道水锤防护问题尤为重要，本工程采用国际先进的水锤模拟分析软件，对整个供水管网进行模拟，合理设置了防水锤型排气阀阀门开启的法则以及相关水锤防护设施。5 结语城市供水管网系统是城市最重要的基础设施之一，其是否能够正常运行关乎城市正常生产生活。本文以实际工程为例，着重介绍高风险供水管网改造设计经验以及参数标准，综合考虑设计和施工方法等，落实高风险供水管网改造施工，确保高风险供水管网改造工程具有良好的社会效益和经济效益。参考文献1 郑波，田一梅，刘志强，等援基于供水管网建模的管网改造方案研究J援给水排水，2019，55（4）：119原122援2 中华人民共和国住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.室外给水设计标准：GB 500132018S.北京：中国计划出版社，2018.3 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.给水排水管道工程施工及验收规范：GB 502682008S.北京：中国建筑工业出版社，2008.4 中国工程建设标准化协会.城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程：CECS 193：2005S.北京：中国计划出版社，2006.5 胡凯，吴国平，刘凯伦援城市供水管网改造工程中 GIS 技术研究J援云南水力发电，2020，36（8）：263原265援作者简介院帅仁昱（1992），男，汉族，广东广州人，本科，工程师，主要从事市政给排水设计相关工作。图 4 穿越铁路套管施工注浆导管DN50 U谣PVC外套管DN2 200后注水泥砂浆或填中砂先用砂填平供水管DN1 800图 3 穿越水南支涌处南D1820伊16 钢管D1820伊60毅钢制弯管D1 820伊60毅钢制弯管7.753.200.50D1820伊16 钢管1.40D1820伊60毅钢制弯管D1820伊16 钢管7.704.47D1820伊16 钢管北（标高单位为 m，管径单位为 mm）建筑 节能87