呼圖壁某工業(yè)區(qū)供水工程設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

蘭玉廷

（新疆昌源水務(wù)集團(tuán)庫爾勒銀泉供水有限公司，新疆 庫爾勒 841000）

1 工程概況

2 工業(yè)區(qū)需水量及供水方案計(jì)算分析

2.1 工業(yè)區(qū)需水量計(jì)算

在此根據(jù)“每萬元產(chǎn)值工業(yè)用水量”規(guī)律來測算工業(yè)區(qū)需水量[1]。2019年呼圖壁縣化工工業(yè)區(qū)總用水量S為489.79萬m3，均采用地下水，而該年的總產(chǎn)值Z約為14.1億元，由此可算出現(xiàn)狀年每萬元產(chǎn)值工業(yè)用水量a為33.0 m3，計(jì)算公式[2]:

式中:η為水利用系數(shù)。

根據(jù)《新疆呼圖壁縣工業(yè)區(qū)供水工程水資源論證報(bào)告書》及《新疆呼圖壁縣天山工業(yè)園區(qū)（一園三區(qū)）水資源論證報(bào)告書》，預(yù)計(jì)到2025年和2035年，工業(yè)區(qū)每萬元產(chǎn)值工業(yè)用水量會(huì)減少，具體數(shù)值見表1。

表1 工業(yè)區(qū)生產(chǎn)需水量表

2.2 供水管線設(shè)計(jì)

（1）供水管線方案優(yōu)化

根據(jù)本項(xiàng)目工程地質(zhì)、地形、建筑物布置及工程投資等方面情況，在此對(duì)可行性研究階段設(shè)計(jì)的管線方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，具體內(nèi)容如下:

①樁號(hào)2+235～3+248段管線取直并向北移約6.5 m，調(diào)整后管線長度減少22 m，減少耕地的臨時(shí)占地9.8畝。且北移后管線南側(cè)機(jī)耕道路可作為施工道路；

當(dāng)聚乙烯給水管道采用電熔連接時(shí)，電熔管件是必不可少的連接附件，必須符合相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。給水管道系統(tǒng)所用的電熔管件、本工程所用管件必須符合AS/NZS 4129/AMD 3—2005《Amendment No.3 to AS/NZS 4129-2000 Fittings for Polyethylene (PE)Pipes for Pressure Applications》（以下簡稱“AS/NZS 4129/AMD 3—2005”）規(guī)定的要求。

②樁號(hào)3+248～5+500管線由原已建沉沙池南側(cè)調(diào)整至北側(cè)，調(diào)整后避免了管線與沿線輸水渠道5次交叉，施工時(shí)輸水渠不需停水，既不影響灌溉也可縮短工期；

③樁號(hào)8+180～8+900段管線取直并向南移約20 m，調(diào)整后管線長度減少165 m，避免與田間斗渠4次交叉，施工時(shí)斗渠也可正常輸水；

④樁號(hào)8+900～10+534段管線南移約10 m，可減少工程臨時(shí)占地23.4畝，同時(shí)可利用現(xiàn)有條田末端的已有道路作為施工期道路。

調(diào)整前后管線布置情況見圖1。

表2 供水管線初設(shè)調(diào)整優(yōu)化總結(jié)

圖1 管線調(diào)整前后方案對(duì)比示意圖

（2）管道規(guī)格設(shè)計(jì)

考慮到本工業(yè)區(qū)供水管道較長、沿線交叉建筑物較多、管道承壓較大等特點(diǎn)，結(jié)合施工成本、工期等條件，設(shè)計(jì)在管道無上覆建筑物線段，采用PCCP管材，可盡量減少成本和工期；存在上覆建筑或地質(zhì)條件較差線段，采用球墨鑄管，可保證線路安全可靠性[3]。此外，為保證供水穩(wěn)定性，采用“雙管供水”方案，備用管道和主供水管道水平鋪設(shè)，規(guī)格完全一致。

經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目要求到2035年管線平均日供水量達(dá)到8.0萬m3，約為0.93 m3/s。以此為依據(jù)計(jì)算管道管徑，計(jì)算公式:

式中:Q為管道流量，m3/s；D為管道直徑，m；v為水流速度，2.8 m/s。

經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目管道外徑為800 mm可滿足供水流量要求，管道具體規(guī)格設(shè)計(jì)見表3。

表3 本項(xiàng)目各樁段管材、管徑、壓力設(shè)計(jì)

（3）穿越道路交通方案設(shè)計(jì)

本工程穿路建筑物共38處，穿越主要交通道路5處，穿越鄉(xiāng)村道路33處，其中穿越主干道會(huì)對(duì)交通造成影響，且審批手續(xù)繁雜，是重點(diǎn)分析對(duì)象。為縮短工期、減少投資，本項(xiàng)目針對(duì)以上兩種道路，分別共設(shè)計(jì)穿越方案如下:

①穿越鄉(xiāng)村道路方案

本項(xiàng)目管道穿越的鄉(xiāng)村道路主要為砂礫石路面、瀝青路面或土路，考慮施工便利及成本，設(shè)計(jì)采用“直接開挖”穿越方案，其中管道頂部距路面高度不小于1.6 m。

為保證供水管道不被上部載荷破壞，本項(xiàng)目作出如下設(shè)計(jì):1）供水管道外套無縫鋼管（規(guī)格:Φ=1000 mm/1200 mm，壁厚10 mm）；2）鋼套管伸出路基長度，每端不小于3 m；3）鋼套管與供水管（PCCP）間填充細(xì)砂，兩端采用聚氨酯密封膏進(jìn)行填充，鋼管外刷二道熱瀝青防腐，見圖2[5]。

圖2 穿越鄉(xiāng)村道路方案示意圖

②穿越主要交通道路方案

穿越主要交通道路直接開挖方案行不通，主要應(yīng)用兩種方案設(shè)計(jì)（表4），其中頂管穿路對(duì)設(shè)計(jì)、施工水平要求較高。

表4 穿越主要交通道路方案

2.3 頂管穿越法設(shè)計(jì)分析

“頂管穿越法”被廣泛應(yīng)用在穿越重要交通道路形式中，施工期間對(duì)交通無影響，且也不會(huì)對(duì)原有道路基礎(chǔ)強(qiáng)度、穩(wěn)定性造成破壞和擾動(dòng)，施工示意圖見圖3[6]。

圖3 頂管施工方案示意圖

（1）頂力估算

外套鋼管是考頂管機(jī)頂力前進(jìn)，而頂力F估算成為選擇施工設(shè)備的重要參數(shù)，計(jì)算公式如下[7]:

式中:k為盈余系數(shù)，取1.2；f為管壁與土體摩擦系數(shù)，取0.2；Pv為管頂上方垂直土壓力，取360 kN；Ph為鋼管側(cè)向土壓力，取188 kN；Pb為頂進(jìn)管段重量，取200 kN；Pa為管端切土阻力，取248 kN。

求得F≈608.6 kN，因此使用一臺(tái)320 t液壓千斤頂便滿足要求。

（2）降水井設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目降水井設(shè)計(jì)示意圖見圖4。為減少對(duì)施工影響，設(shè)計(jì)降水井分布在操作坑遠(yuǎn)側(cè)兩角位置（共4眼），其他具體參數(shù):①降水井管套規(guī)格為DN400，每段長度1.0 m；②本項(xiàng)目區(qū)地下水深度6 m～9 m，因此設(shè)計(jì)降水井9 m，配揚(yáng)程10 m的真空泵。

圖4 積水坑排水設(shè)計(jì)

3 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析

本工程項(xiàng)目總投資18508.45萬元，見表5。根據(jù)《水利建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)規(guī)范》（SL 72-2013），對(duì)本項(xiàng)目國民經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體指標(biāo)如下:（1）經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率EIRR=10.76%，大于社會(huì)折現(xiàn)率8%；（2）經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值ENPV=3670.06萬元，大于零；（3）經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比EBCR=1.19，大于1。所以該工程項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是合理的，國民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是可以接受的。

表5 工程投資構(gòu)成

4 結(jié)語

本次供水工程建成后，徹底解決了呼圖壁縣化工工業(yè)區(qū)近15年的水資源需求問題，而且通過科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使工程在實(shí)施中最大程度減少了對(duì)灌溉、交通等方面影響，經(jīng)過計(jì)算其國民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)良好，可以盡快實(shí)施。長距離管道供水工程對(duì)設(shè)計(jì)和施工要求很高，必須結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，本項(xiàng)目為保證供水穩(wěn)定安全性，設(shè)計(jì)了雙管道，而且根據(jù)管道對(duì)壓力要求不同，設(shè)計(jì)使用“PCCP+球墨鑄鐵管”相結(jié)合，在滿足要求的情況下降低了成本，是值得借鑒的地方。