高平市南线水源置换工程管线线路及管材方案比选

（山西省高平市水务综合服务中心 山西高平048400）

1 工程建设必要性

高平市属资源型缺水和水质污染性缺水并存的地区，水资源短缺使得供需矛盾非常突出，高平小型岩溶水超釆区为一般超釆区，超采区面积为35 km2，分布于高平市区一带，超釆区年均可开釆量为295 万m3年均实际开釆量为368 万m3，年均超釆量73 万m3，开采系数1.25。

本项目现状供水户的水源均为地下水，且部分水井位于超釆区范围内；若不建本工程，规划高铁新区也将继续加大高平市的地下水供水压力。项目实施后，可关闭地下水井7 眼，置换地下水为85 万m3。

该项目的实施不仅保障了南部村庄及企业生活用水，还延伸了供水区域，满足了高铁新区及食品园区等项目的用水需求，缓解了城市供水压力，有效地带动该地区的经济增长和农民收入。同时本项目利用张峰水库地表水置换地下水，关闭部分岩溶水井，有效保护地下水资源，实现地下水合理开发利用，对治理高平市岩溶超采区有着积极的作用，为满足当地经济社会快速发展和人口不断增长的用水需求，同时实现地下水资源保护和合理开发利用。

2 工程建设任务及规模

高平市南线水源置换工程供水对象为南部11 个行政村、1 个乡镇、天源化工厂、食品加工园区、高铁新区，水源为高平市第三水厂。目前，张峰水库供给第三水厂435 万m3水量尚无其他用水户，可全部用于本工程。经核算，本工程供水区年用水量为434.5 万m3，供水保证率为95%。

按用水户的分布情况，拟铺设两条管线进行供水，一条为南部管线，从第三水厂至食品工业园区，中间向唐庄村、上玉井村、下玉井村、北陈村、南陈村、南许庄村、字李村等村和天源化工厂分水；一条为高铁新区管线，在锦华路口接原自来水公司管线后向高铁新区供水。由供水点和分水口高程可以看出，相对高差较大，无需加压，可直接采用重力流输水。

3 工程总体布置

高平市岩溶超釆区南线水源置换工程主要包括南部管线、高铁新区管线两条供水主线路。

南部管线工程，主要解决高平市南部7 个村庄、天源化工厂及食品工业园的生活用水，取水点为第三水厂门口处，过唐庄村西侧耕地后。向东转到S227 省道西侧天源化工厂门口附近，穿越省道S227 后到下玉井村：主管再沿S227 省道西侧向南，利用现状桥面穿越铁路后至南陈村；向东穿越S227 省道后，沿省道东侧至管线终点食品工业园区。

高铁新区管线工程，近期主要解决4 个村庄、1 个乡镇生活用水，远期主要解决高铁新区用水，取水点为高平市锦华街第三水厂预留接口，从锦华街向东至炎帝大道，穿越炎帝大道后，顺炎帝大道东侧向南穿S331 坪曲线至二广高速高平匝道口前，穿炎帝大道至其西侧，向南穿市政路后，沿G207 中间绿化带至规划高铁新区。

4 管道线路布置方案

4.1 输水线路设计原则

长距离管道输水具有保护水质、减少永久占用耕地、减少水量损失的优点及输水线路长，内水压力较大，途经多个行政区域，地形、地物复杂的特点，在选择线路时必须综合考虑地方规划和满足经济要求。一是尽量做到线路较短、起伏小、土石方工程量少、造价经济、少占耕地或不占耕地；二是尽量避开村庄、果园、林地，减少附着物的赔偿费用；三是管线走向的位置应符合城市规划要求，并尽可能沿现有道路或规划道路敷设，以利施工和维护；四是应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区。

4.2 线路布置方案

本工程主要由2 条主干管组成，根据预留阀门井和末端的相对位置，经实地踏勘，分别为2 条主干管选择了两条输水线路进行比较，从技术、经济、施工难度及与其他部门协调等方面做了比较。

4.2.1 南部管线

方案一：从第三水厂门口预留阀门井开始，过唐庄村西侧耕地后，顶管穿越S331 省道，向东转到S227省道西侧，沿S227 省道西侧向南至南陈村，采用顶管穿越S227 省道后，沿省道东侧送至食品工业园区。途中给唐庄、上玉井、下玉井、天源化工厂、北陈村、南陈村、宰李村、南许庄预留分水口。初步统计，管线总长为7 000 m（含分支），穿越S331 省道1 次、穿越S227省道3 次（主管线1 次，支管2 次）、穿越铁路2 次（干管、支管各1 次）。

方案二：从第三水厂门口预留阀门井开始，向东至S227 省道，采用顶管穿越S227 省道后，管道沿S227 省道东侧敷设至最南侧食品工业园区。经唐庄、上玉并、天源化工厂、北陈、南陈、南许庄时均采用顶管穿越S227 省道在村口或工厂门口预留分水口。省道东侧的村庄沿途做预留。初步统计，管道总长为7 600 m（含支线）。穿越铁路2 次（干管、支管各1 次），穿越S227 省道6 次、S331 省道1 次。

4.2.2 高铁新区管线

方案一：从锦华街向东至炎帝大道，穿越炎帝大道后，管道向南至末端预留分水口。途中穿越精卫路、炎帝大道、S331 坪曲线、市政路，穿越市政路后，利用G207 国道改造工程，沿中间绿化带敷设管道至规划高铁新区。在锦华街末端为秦庄做预留，在川起村南部为米山镇镇区做预留。管线长为7 500 m。穿越省道市政道路5 次，下穿大焦高铁2 次，在公路桥上过丹河支流2 次。

方案二：从锦华街顺精卫路向南至龙渠村丹河附近，再沿丹河向南至牛山东侧，敷设至G207 国道西侧，再沿路边绿化敷设至末端。途中至上韩庄时向东穿越G207 国道，为米山镇镇区做预留。管道总长7 900 m，途中穿越国道省道市政道路6 次，支线下穿太焦高铁2 次，在公路桥上过丹河支流2 次。

4.3 输水线路的确定

4.3.1 南部管线

方案一优点：1）输水管线较方案二短600 m；2）顶管数量较少，投资小；3）管线不穿越村庄，协调工作量小，有利于控制工程进度。方案一的缺点：1）水平弯头较方案二多；2）由于前段线路敷设在耕地中，征地较方案二多。

方案二优点：1）线路水平方向比较顺直；2）方案二输水线路大部分省道227 边，不需要修施工道路。方案二的缺点：1）由于管线基本在主要道路上，且穿村而过，施工协调、拆迁难度较大；2）顶管次数多，投资大。

经比较，方案一比方案二管线短600 m，且穿越省道次数少，穿越铁路可以利用现状桥面，与其他部门协调难度低，施工难度小，投资较少，经过综合考虑，本设计选用方案一为推荐输水线路。

4.3.2 高铁新管线

方案一优点：1）管线较顺直，线路长度较方案二少400 m；2）穿越道路数量及长度均比方案二少；3）管线施工可结合市政道路和G207 扩建进行，占地费用少。不穿越村庄，协调工作量小；缺点为管线基本顺主要道路，对交通影响大，施工干扰多。

方案二优点：1）管线部分顺道路，部分顺河道，对外界影响较方案一小；2）中间段线路布置在河边耕地处，协调工作量较小。缺点为：1）管线较方案一长，且水平弯头多；2）精卫路段距路边建筑物近，施工协调难度大；3）由于中间段线路敷设在耕地中，征地费用较方案一多。

经比较，方案二沿丹河附近耕地施工，需涉及耕地补偿，协调难度较高；方案一结合国道扩建施工，不需要补偿，且方案二比方案一线路长400 m，投资大，因此选择方案一为推荐输水线路。

5 供水管材的选择

5.1 管材选择原则

选择管材的基本原则是：要求管材强度高、耐压好、密封性好、耐腐蚀、水力条件好、施工方便、重量轻、使用寿命长、造价低等。

5.2 供水管材比较

下面就选择适用于本工程的四种管材：球墨铸铁管（DIP）、焊接钢管（无缝管）、聚乙烯管（PE 管）和玻璃钢管进行综合造价比较。

5.2.1 性能比较

1）球墨铸铁管（DIP）适用于压力较髙的场合，安全性髙；抗压强度接近焊接钢管，而且其抗腐蚀性比钢管高3～4 倍，釆用橡胶圈接口，施工方便，使用寿命长。安装施工方便，能适用于各种场合。

2）钢管是目前大口径埋地管道中使用较为广泛的管材，物理力学性能最好，有较高的机械强度，可承受较高的外压和内压，安全性好，重量较轻，单管长度大，接口方便。但埋地钢管极易腐蚀，需做内外防腐及电化学保护。

3）聚乙烯管（PE 管）管材使用寿命长、耐腐蚀、不结垢、卫生无毒、轻质、表面光滑、过流量大、韧性好，有较好的疲劳强度和抗冲击性能，PE100 的原料仍由国外进口，无形中增加了管道自身成本，价格较高。

4）玻璃钢管内壁光滑、节能，过流量大：抗腐蚀性能好：重量轻，安装和运输工作量节约50%以上：双橡胶圈接口，密封性能好，可进行接口打压；建设周期短、节省投资，使用寿命长。缺点是外荷载刚度较低，须严格按设计要求覆土回填。

5.2.2 供水管材经济比较

供水管材综合比较见表1。

表1 管材综合造价比较表

通过管材综合造价表可以看出，对于任意公称直径，玻璃钢管每米综合造价最低，球墨铸铁管（DIP）次之，钢管和聚乙烯管（PE 管）最高。

玻璃钢管外荷载刚度低，不适用中高压供水管线，故本设计不宜采用。

5.3 主管输水管材的确定

从管材承受内水压比较，球墨铸铁管（DIP）可承受内压能力强，高达2.5～5.0 MPa，PE 管相对较低，可承受最大内压1.6 MPa。

从管材承受外压比较，球墨铸铁管（DIP）为刚度最大的柔性管，承受外压的能力远高于PE 管，所以敷设于城市道路和街道下的较大口径管道首选球墨铸铁管（DIP）。

从经济性比较，对于300 mm 以下口径的管材，低工压PE 管管材价格低于球墨铸铁管（DIP），工压超过1.25 MPa 后价格高于球墨铸铁管（DIP）。

从安装施工方面比较，球墨铸铁管（DIP）釆用承插口接口，安装简便、管道接口强度高于管体，安全性好；PE 管采用热熔对焊接、热熔承插焊接、电熔焊接等连接方式，现场施工受气候等条件影响较大，对于大口径管道，现场焊接质量不易控制。

通过综合比较，考虑本工程静水压较高，最终选用管材为球墨铸铁管（DIP）作为主管输水管材；阀室段及顶管、拖管管材釆用钢管。

根据前面管材比选，主管线选用球墨铸铁管（DIP），本工程最大工作压力约1 MPa，考虑线路基本平直，覆土变化不大，管径最大仅为DN400，根据管线工压和覆土情况球墨铸铁管（DIP）采用K8 型，在压力较大及转弯角度较大处，采用自锚式接头。在顶管、定向钻、阀井段及支管线路采用钢管。钢管采用涂塑复合钢管，防腐执行《给水涂塑复合钢管》（CI/T20-2016）规范相关要求，钢管连接采用焊接，内壁采用热熔结环氧树脂粉末（EP）防隔，厚度大于0.4 mm，外壁采用热熔聚乙烯防腐，涂层厚度大于1.3 mm。