市政管网给水管道系统设计与施工分析

文／卞嘉嘉 中国水利水电第五工程局有限公司 四川成都 610066

引言：

为提高市政管网中给水管道系统的设计与施工质量，发挥该系统在城市中的作用，有关人员在设计与施工中需严格遵循行业规范，并考虑城市实际情况及用水需求。现阶段虽陆续出现了许多新工艺、新技术，但具体应用时常常存在诸多问题，未来需继续优化工艺技术，为给水管道系统的设计与施工提供技术保障。

1.市政管网给水管道系统设计原则

给水管道系统为市政管网中的一大构成，其负责给生产生活提供水资源，在设计该系统时应遵循以下原则：（1）因地制宜，每个城市都有其各自的发展特点，给水管道系统的建设要求各有不同，具体的设计中应从实际情况着手，确保系统设计与城市总体规划相一致。城市建设规划工程的规模庞大，各类建筑的施工作业多，此条件下设计给水管道系统时，必须处理给水管道系统与既有交通、建筑、其他管线等之间的关系，不得随意布置给水管道，影响既有建筑和交通。（2）经济性，设计人员在设计给水管道系统时也需要考虑经济性要求，否则，如在设计中未考虑经济性，后续施工中可能伴随着较大的资金投入，如布设给水管道时未考虑经济性，需要大量拆除现有建筑物，或者迁改既有管线，工作量大且协调工作不易。设计人员遵循经济性要求设计给水管道系统，可最大化利用资源，节约资金，避免大量拆改影响城市环境。（3）安全性，设计人员在设计给水管道系统时也需遵循安全性规定，以降低施工风险，使后续施工阶段各项作业更为安全，减少安全事故。

2.市政管网给水管道系统设计要点

2.1 给水管材设计

市政管网给水管道系统设计时，对管材质量有严格规定，在前期工作中设计人员必须注重管材设计，保障所选用的管材符合行业规定。传统的给水管道系统中大部分采用的是镀锌钢管，这类型管材的刚性较大，可承受外部作用力，基本能达到给水管道建设中的管材要求。但是，镀锌钢管在经历长时间的使用后，其表面的镀锌层易脱落，如未及时处理将发生锈蚀现象。为此，当前给水管道系统的设计中有关人员需合理应用铁管、铸铁管等新型管材，这些管材的性能优越，使用寿命长。但因为每个城市对给水管道系统的设计要求各有不同，在选择管材时有关人员需注意对比现有管材的性能、价格。

2.2 管道分布设计

城市内的给水管道分布十分复杂，在设计过程中也需要关注管道布局，需保障各区域给水管道的合理分布，遵循安全性、经济性要求。为确定管道分布形式，设计人员在前期的工作中必须清晰了解城市内的给水需求，并调查管道所经过地区的地形地势等基本情况，保障管线分布的合理性，主要关注管线走向、位置等。目前的给水管道系统设计，可选择树状网或环网，相比较而言，后者多用在双向供水中，供水更为可靠和安全，但其造价较高；树状网形式的给水管道，主要用在单向供水中，施工中的原材料消耗较少，造价较低，但安全性不足，投入使用后面临较大的安全风险。在城市的初级建设阶段，给水管道多选树状网形式，但随着城市建设的逐步增多，环网形式的给水管道布局更为适用[1]。总之，在管道分布设计方面，设计人员必须考虑城市内的实际需求及具体情况，选择恰当的布置形式，提高给水管道系统的运行安全性。

3.市政管网给水管道系统的施工措施

3.1 前期准备

3.1.1 审核图纸

给水管道系统在城市内具有重要的作用，在施工过程中必须严格参考设计图纸，因此，图纸质量是关乎施工效果的重要因素。为避免施工中的返工现象，前期准备阶段有关人员必须严格审核图纸。由于给水管道图纸中涉及了很多细节性内容，一旦某一部位存在问题，据此图纸组织的施工作业将增大给水管道系统的运行风险。为避免图纸问题影响现场施工，前期施工单位、监理单位、设计单位应完成图纸审核，各自从专业角度分析图纸细节，及时发现图纸中的问题，并综合各部门意见修改，形成更为安全、实用、经济的施工图纸。

3.1.2 管线施工现场交底

针对市政管网给水管道系统的施工建设，前期准备涉及了诸多的任务，现场交底也是不可忽视的工作。由于给水管道分布在城市的许多地方，施工期间地下构筑物、其他管线等都会干扰给水管道。结合施工经验，给水管道施工中经常遇到电力、燃气、通信、国防光缆等管线，还有轨道交通等，如施工不当可能造成安全事故和经济损失。因此，正式施工之前工程企业需向有关单位完成技术交底，使其他相关单位能了解给水管道施工技术、要求等，配合施工单位创造作业条件，后续方便施工单位组织规范化作业。施工人员需进入现场进行一系列调研，并邀请建设、监理、设计单位的专业人员，做好勘察和交底记录，分析可能影响给水管道施工的因素，调动各方力量制定对应的策略。另外，现场交底不仅仅是不同单位之间，还应该包含岗位人员之间，使每一人员都熟悉给水管道施工的流程、作业步骤、操作要点，在后续施工中加强与其他岗位人员的配合。

3.1.3 材料的选择

给水管道施工作业中，前期准备不仅仅体现在审核图纸与技术交底上，还应该加强材料选择与质量控制，因为在施工作业中对材料有严格要求，如材料存在质量问题，再规范的施工作业下也很难保障给水管道的施工效果。当前行业发展的过程中，建材市场上出现了各种类型的管材，每种管材都有其适用条件及施工要求。施工之前有关人员也需要依据相应的工作标准，合理选择材料，与可靠的材料厂家建立长期合作关系，保障厂家能提供高质量的材料。依据当下的市政给水管道施工作业，K 级球墨铸铁管相对常见，但大口径输水管道、顶管工艺下的给水管道，主要为钢管[2]。为避免因材料问题影响施工作业，在工程企业内应建立材料验收制度，施工中所涉及的全部材料，都需要由专人进行严格检查，严禁劣质材料进入现场并使用。以球墨铸铁管为例，这类型管道在验收阶段，应检查其厚度、强度、硬度等性能指标，只有当完全符合施工要求后方可进场；在检验钢管时，应分析其外观尺寸规格、原材料构成、力学性能、曲性等。由于给水管道与水接触，出现腐蚀的几率较高，一些管材在前期必须做好内外防腐处理，为达到最佳的防腐要求，相关人员需检验防腐材料的类型及性能。

3.2 沟槽开挖施工

给水管道施工作业中，开挖沟槽为关键步骤。为防止出现施工问题，开挖之前每一施工人员都必须熟悉施工图纸，掌握沟槽开挖的相关技术及施工要求。一般来说，沟槽开挖包含混合槽开挖、梯形槽开挖、直槽开挖几种，具体的工作中应根据施工要求来选择开挖方式，增强开挖作业的安全性。一些给水管道的施工区域，分布的建筑物、管线等较多，且现场环境较为复杂，开挖时易发生事故。因此，管理人员在施工现场必须做好协调工作，根据实际情况制定最为科学的施工动态监测方案，密切关注管槽宽度、深度等，避免超挖、欠挖[3]。开挖沟槽时施工企业必须安排专业人员，这些人员需熟悉施工图纸中的各项规定，并具有丰富的施工经验，能在开挖时妥善处理各种问题，避免问题处理不及时导致的损失与事故。

3.3 管道安装施工

市政管网的给水管道施工中，安装工作十分重要。由于管道分布区域的环境条件各有不同，再加上管材质量有一定差异，施工人员在安装管道时必须着力考虑这些方面，规范安装步骤，减少安装问题。给水管道的安装工作量庞大，正式安装之前施工人员必须制定合理的安装方案，在该方案中明确指出安装进度、要求、注意事项、技术等，指导后续的施工作业。开始安装给水管道时，施工人员需核对沟槽管基、地基性能，当这些完全符合施工要求后再开始安装，将给水管道放在沟槽内。安装作业期间底层混凝土强度应符合施工要求。而对于管道接头的处理，则需要采取恰当的连接工艺，并将接头缝隙控制在正常范围，避免缝隙过宽或者过窄。管道两侧位置则需要施工人员遵循施工规范完成浇筑作业，预防管道偏移，但在施工中要避免浇筑作业过度挤压管道。

3.4 沟槽回填施工

当按照要求在每一区域安装好管道后，施工人员需立即回填沟槽，通过回填来保护管道。回填沟槽期间，除了需选择恰当的回填材料外，还需保障回填工艺的正确性，并确保操作的规范性。正式回填之前，施工单位应安排专人检查管道安装情况，在无任何异常的情况下进入回填环节。为提高回填质量，施工人员需熟悉图纸内容，遵循相应的操作规范，选择回填材料。在管顶上部、管道两端等特殊部位，应采用人工回填法。另外，回填施工中需开展水压试验，为保障此项试验的顺利进行，在管道接头两侧需预留20cm 左右的空间，当此预留工作结束后，再在其他部位继续回填[4]。在现场水压试验确定了水压后，判定其水压是否与标准情况相符合，只有符合要求后才能进入其他施工流程。另外，因为管沟回填的要求较高，为减少施工问题，有关人员需制定科学的管沟回填方案，构建科学的管理体系，将方案、制度体系与市政管道建设要求相结合，保障沟槽回填作业的顺利进行，引导每一部门、岗位人员切实履行其工作责任，一旦沟槽回填中出现问题，在立即制定处理方案后，还需追究相关人员的岗位责任，通过责任划分与落实来提高每个人员的责任意识，使各自在岗位上做好工作，达到沟槽回填的施工要求。

3.5 给水管道连接

管道连接关乎给水的安全性，如市政给水管道中存在连接不当的情况，将导致给水管道系统运行中的水资源浪费严重，且会造成其他事故。为此，任何给水管道的施工中，都需根据要求完成连接处理。结合当下的技术发展情况，比较常用的连接方法主要有以下几种：（1）机械连接法，许多给水管道的口径较大，在连接时应通过机械连接法来处理。但连接处理中有卡箍式与卡压式两种。许多给水管道均为PE（聚乙烯）管，这类型管道如能合理采用机械连接工艺，即可达到预期的连接效果，其施工中的成本较低，操作简单，绝大多数情况下均能采用该连接方式[5]。（2）电熔连接法，大部分给水管道处于相对复杂的环境下，在这些环境下如继续采用机械连接法，将很难达到预期的连接效果，管道密封性不足，此时可选择采用电熔连接法，就是通过电加热，促进PE 管的连接，一般需配备电容鞍型和电容承插型。根据施工经验，电熔连接的技术要求高，操作难度大，管材连接质量控制相对困难，且成本偏高，一般不常采用此连接技术，只有在有特殊连接要求的情况下才可采用此技术。（3）热熔连接法，给水管道中的PE管，此连接方法相对有效，通过热熔断，能确保管道连接部位较高的强度，且在操作过程中给水管道的直径不受影响，连接操作简单且应用方便。

3.6 管道功能试验

功能试验是为了检验管道的质量，施工单位在前期按照规定完成了管道安装后，应立即由专人根据要求进行严密性、强度试验，并在试验过程中记录有关数值。通常情况下，施工人员需根据水压试验法检测管道施工是否与质量要求相一致，为得到相对准确的试验结果，施工人员需将管道冲洗干净，在此阶段对城市自来水的消耗较大，在冲洗的过程中可清除管道内的杂物与污水，但需控制冲刷速度，一般保持在1m/s 左右，以确保冲刷效果。另外，试验期间相关人员也需要做好管道的消毒处理，利用氯离子清洗水浸泡管道，该清洗水浓度应为20m/L，浸泡时间保持在1h 左右。在多次冲洗和消毒后，如水质达到相应标准，才能使管道系统投入使用。

管道功能性试验对现场作业的影响较大，相关人员可依据这些数据判定管道施工是否达到了相应规定，如试验结果表明相关结果不符合要求，应立即分析引起此现象的原因，再由专人进入现场来进行施工处理。如管道采用两种或两种以上的管材，需分开试验，如现场不具备分开试验条件只能组合试验，又无特殊要求时，可采用不同管材管段中试验控制最严格的标准来组织试验。正式试验之前，施工人员需检查管道附属设备，确保这些设备的紧固与锚固符合要求，且管件支墩、锚固设施的混凝土强度与相应标准相一致。对于未设置支墩、锚固设施的管件，则需及时加固再试验。有关人员做好安装检查且压力管道水压试验之前，除了在接口部位，管道两侧、管顶以上的回填高度都需在0.5m 以上，水压试验通过后，回填沟槽的其他部分。管道顶部回填土应预留接口位置，以方便在后续检查渗漏位置。

3.7 合理应用新技术

由于给水管道的施工要求高、风险大，在当前的管道施工中非开挖技术广受关注，合理利用该项技术可大大提高施工效率，保障施工效果。市政给水管道施工中有关人员需结合施工要求和现场情况合理采用新技术，主要可选择以下几种技术类型：

3.7.1 顶管法

顶管法是非开挖技术的典型代表，该技术在当前的管道工程中应用较多。在利用顶管法时对现场土质有严格要求，一般需要现场为黏性土，进入施工操作后，有关人员需根据现场情况确定敷设端，当按照要求开挖好工作坑后，在坑底应进行浇筑作业，为导轨推进创造良好条件。依据当下顶管法的发展情况，土压平衡式、泥水平衡式等的应用较多，施工人员需做好对比，选择最优技术。由于顶管法的特殊原理，施工人员应综合现场的诸多因素确定导轨推力，如可分析坡度、土质、高程等，使顶管稳步向前推进。在不同的地质条件下，工作井所用工艺也存在明显差异，为此，前期的工作中相关人员需进入现场进行调查，在获得完整且准确的地质资料后再选择施工方法、制定作业方案。

3.7.2 水平定向钻进法

如在市政给水管道施工中选择非开挖工艺，水平定向钻进法也是一种可选方式，此方式下同样对土质有要求，现场应以黏性土为主，当直径不超70cm 的情况下，利用水平定向钻进法能取得良好的施工效果。给水管道施工作业中水平定向钻进法有其特殊的适用条件，PVC 管、钢管等均适用，对管线类型无明确要求。水平定向钻进法进行给水管道施工时，施工效率高且不受其他因素的影响，其作业流程的重点为：导向孔施工，此施工作业期间相关人员需进入现场，勘察穿线路径情况，分析可能存在的影响因素，当每根钻杆的钻孔任务结束后，由专人进行检测并纠正位置，确保钻进效果；依据给水管道施工标准，控制导向孔数量，在施工作业期间合理利用这些导向孔；扩孔作业，综合分析现场地质情况、钻机设备型号、功能等，选择最为合适的扩孔工艺，完成管线回拖。

3.7.3 在线管道修复工艺

给水管道施工中如采用在线管道修复技术，为达到最佳的施工效果，工程人员需首先确定待修复管道的直径大小，利用直径略小的PE 管，将其送入原管道。正式施工中，因为可能存在一定的阻力，为降低此阻力的影响，施工人员需适当增设扩管头，利用其锥形特点，在拉绳的牵引下，促进内衬管通过。拉绳动力由卷扬机提供，在推进期间可能因操作而损伤PE 管，为预防这一现象，需为管道安装保护圈。此外，在构成了内嵌结构后，施工人员还需在缝隙内填充泥浆，此时的泥浆兼具润滑与固定作用。

3.7.4 在线管道更新工艺

市政管网施工的难度较大，特别是给水管道施工作业，经常因施工而引起老旧水管的破裂，针对此现象，利用在线管道更新工艺十分重要，但在利用该技术时，施工人员必须确保新管道的直径符合要求，参考原管道直径，选择符合施工要求的新管道。在管道破裂部位，施工人员应操作卷扬机等专业设备来破碎处理管道，并同步使用大管径扩管头的压力作用使破碎后的管道被埋入土层，用新管道替代旧管道。

结语：

给水管道系统的设计与施工关乎市政管网的运行效率与安全，在当下人们对给水管道提出新要求的过程中，设计与施工人员必须遵循行业规范，立足实际情况优化设计与施工工艺，保障给水管道系统的设计水平、施工效果。