BOT方式建設成都市水六廠B廠的介紹和啟迪

時間：2007-07-17  來源：  作者：何維華  下載次數：

3.2管道口徑
　　輸水管道口徑的確定，不完全是為了B廠40萬m3/d的輸水需要，綜合考慮到原A廠三條預應力輸水管道存在的隱患，以及城市供水范圍擴大的需要。

3.3管道材質
　　輸水管道原考慮采用鋼筒預應力砼管，但管廠建設遲遲未能上馬，而B廠建設對工期控制很嚴，故在標書上定為鋼管。
3.4鋼管壁厚
　　鋼管壁厚在草擬標書時明確了要求，在審定標書時提出由中標方計算確定。在初設審查過程中，鋼管壁厚難以統一看法，為此我們曾向我國工程建設標準化協會管道結構委員會咨詢核算，該會于1998年6月17日復函同意我方認定的在管頂覆土4m之內，壁厚18mm的意見。數日后，管道承包商--法國SADE公司找到該會解釋，該會又于1998年6月26日來函稱在管頂覆土4m之內，壁厚16mm是可靠的。由于輸水管道工程是BT項目，鋼管最小壁厚薄2mm對工程成敗不可能形成否定因素，但對工程造價影響較大，對管道壽命也是有極大關系，我們與承包商觀點的分歧，主要是站在不同的角度考慮同一個問題，至今筆者仍認為這是一個遺憾，理應在標書中明確。
3.5鋼管制作
　　鋼管制作SADE公司提出用自動螺旋縫埋弧焊卷焊鋼管，是不錯的方案。鋼材是用武漢鋼鐵集團公司供應的Q235-B厚16mm，寬1500mm的鋼卷板。螺旋焊管機是英國WILSONBYARO公司BYARD2000型的產品，焊機是美國LICOLNNAS-1500型自動焊機，按石油天燃氣行業標準‘SY/T5037-92普通液體輸送管道用螺旋縫埋弧焊鋼管’制作，焊接速度快、焊縫成型穩定、質量可靠、外觀漂亮、比直縫卷管剛度好、可自動連續生產，管外徑2438mm，定尺每節9m長，經超聲波探傷抽查焊縫的5%、X射線探傷復查前者的20%，并經1.25倍管道試驗壓力作水壓檢驗后進入下一工序。
3.6鋼管防腐
　　《特許權協議》對鋼管內襯指定用水泥砂漿；外防腐只提出技術要求，沒有指定材料。SADE公司提出鋼管內噴襯衛生級環氧樹脂，外防腐用特加強級環氧煤瀝青。經研究同意了承包商的意見，但選用的原材料廠家應取得成都政府認可。經多次談判選定采用中國石油天燃氣總公司工程技術研究所天津開發區高科技公司的渤星牌產品—內噴襯用“8701飲用水容器防腐蝕涂料”；外防腐用“8703環氧煤瀝青防腐涂料”。
3.6.1內噴涂材質及作業要求
　　內噴襯用“8701飲用水容器防腐蝕涂料”的材質及作業要求，由于目前國家還沒有相應標準，而是參考石油天燃氣行業標準‘SY/T4057--93’實施，且提出以下要求：
　�。�1）鋼管內壁噴砂等方式除銹達到GB/T8923的Sa2.5級標準的要求，使管壁呈現金屬本色；
　�。�2）作內噴襯的液體環氧樹脂應具有衛生部的衛生許可證，且施工過程中對人體無害；
　�。�3）襯層總厚度≥400μm（通常噴涂五道，第一道底漆在噴砂除銹后一小時內完成，待表干后噴下一道）；
　�。�4）襯層附著力達1～2級（試驗方法GB1720）；
　　（5）表面硬度，用2H鉛筆試劃無劃痕（試驗方法GB6739）；
　�。�6）柔韌性1.0mm（試驗方法GB1731）；
　�。�7）耐沖擊性能≥4.9（試驗方法GB1732）；
　�。�8）粘度≥0.2Pa.s（試驗方法GB1723）；
　�。�9）細度≤80μm（試驗方法GB1724）；
　�。�10）表干時間≤4h，實干時間≤24h（試驗方法GB1728）；
　�。�11）甲組份固體含量≥70％，乙組份固體含量≥80％（試驗方法GB1725）；
　�。�12）分別在10％NaOH、30％H2SO4、10％NaCl中耐化學試劑性180d合格（試驗方法GB1763）；
　�。�13）耐鹽霧性500h試驗達一級（試驗方法GB1771）；
　�。�14）耐污水性100°C 90d 合格（試驗方法GB1733乙法）；
　　（15）涂襯后應抽檢涂層厚度、孔隙、氣泡 ，機械損傷等，對發現的缺陷及時修補。
3.6.2外防腐材質及作業要求
　　參考石油部部標準‘SYT28--87’實施，結合過去的經驗，且提出以下要求：
　�。�1）鋼管表面除銹應達到GB8923-88的Sa2.5級標準，呈現金屬本色，無可見的油脂、污垢、鐵銹等附著物；
　�。�2）防腐材料應耐酸、耐堿、耐微生物侵蝕，涂有防腐材料的鋼板在10％鹽酸及10％苛性鈉溶液中，分別浸泡90天；在30％硫酸溶液中浸泡7天，防腐層外觀無變化；
　�。�3）剪切粘結強度≥4Mpa；抗沖擊強度1.2J；工頻擊穿強度≥20kv/mm；體積電阻率≥1×1012Ω.cm；陰極剝離≥3級；吸水率≤0.4%；耐好氣性微生物侵蝕≥2級；
　�。�4）防腐層應在24小時內固化，厚度均勻、密實、不翹、不皺、不空鼓、不漏色，不粘手，外觀完整；
　�。�5）防腐層固化后，用小刀劃開舌形切口，無法使涂層分層剝落，底漆與金屬表面粘結良好；
　　（6）防腐層表面硬度好，耐磨性好；
　�。�7）防腐涂層固化后及三個月后，絕緣性能均良好，要求電火花儀檢測的擊穿電壓達10000v，最低不小于6000v，且每平方米面積上只允許二處6000v以上針孔擊穿；
　�。�8）操作方便，對人體及環境無害。
　　實踐證明，采用環氧煤瀝青防腐蝕涂料時，以五油二布、總厚度≥600μm，可符合以上要求。
3.6.3幾點體會
　�。�1）原材料質量的穩定是重要的，對每批來料應認真檢驗；
　�。�2）管體噴砂除銹的效果，是影響涂層質量的關鍵，特別是及時噴涂底漆是必要的，特別是潮濕的成都平原尤為重要；
　�。�3）環境的濕度，對作業的質量影響是大的，當相對濕度超過80%時，通常不進行作業；
　�。�4）內噴襯的厚度要控制好，下層表干后才可噴襯上層；
　�。�5）外防腐的玻纖布首先在環氧煤瀝青涂液中浸透，邊滾壓、邊用刷板壓平排氣；
　�。�6）現場管段組焊后的內、外防腐，首先是用電動砂輪除銹，然后分層刷涂，相對而言質量控制較難；
　�。�7）一旦襯層出現空鼓、黃斑等問題時，應擴大范圍鏟除襯層，從除銹開始，分層作業修補。
　�。�8）管內噴襯環氧樹脂這樣的柔性材料，對鋼管橢園度的調整適應性強，工效快，盡管比水泥砂漿襯里造價高3倍，SADE公司還是選用它的主因。
3.7鋼管現場組合焊接
　　3.7.1圖紙要求：管節現場組合焊接前應先修口、清根，管端端面的坡口角度、鈍邊、間隙，應符合GB 50268-97表4.2.7的規定，一個焊口四人施焊，外焊3～4道，內焊2道；焊縫總長的10%做超聲波無損檢測，按GB11345-89焊縫等級Ⅱ級為合格；超聲波無損檢測總長度的20%做x射線無損檢測，按GB3323-87焊縫等級Ⅲ級為合格。
　　3.7.2施工中的實際檢測，每條焊縫均分為8個區，每條焊縫抽1個區做超聲波無損檢測，穿越河流、道路等障礙處焊縫做100%超聲波無損檢測；抽檢長度約為焊縫總長度的13%。
　　每四條焊縫隨機抽一條做x射線無損檢測，拍三張膠片，每張膠片長為360mm，抽檢長度約為超聲波無損檢測長度的28%。
　　27km全線管道焊縫通過無損檢測，全部合格。
3.8鋼管園度保證的措施
　　3.8.1圖紙要求
　　參照給水排水管道工程施工及驗收規范（GB50268-97），溝底土壤壓實度為90%，砂墊層厚度為200mm，胸腔回填土壓實度為95%，管頂0.5m內回填土壓實度約為90%，上層回填土 壓實度與地面功能的不同而不同，管頂高程偏差≤±20mm，管道內橢園度≤2%。
　　3.8.2施工中的具體措施
　�。�1）溝底200mm用人工開挖，清撿至設計高程，無碎石和其它雜物；否則超挖，填砂200mm厚。
　　（2）每節鋼管內用園木三處預超頂拱1～2%。
　�。�3）回填土時，管道邊緣用木棒分層搗實，每層虛鋪土厚度≤200mm；其余部位采用電動蛙式夯分層夯實，每層虛鋪土厚度≤250mm；管道兩側同步回填、夯實，夯實土高差≤300mm，回填土的含水量要按需控制，必要時摻和石灰、砂等改善。
　　（4）夯實檢測用環刀法，檢測頻率為每層3點/100m。
　　（5）溝槽土回填完畢多日后，才可拆除管內頂撐木，若管內園度達不到要求，回填土重新挖掉，按上述程序返工。
3.9管道分段作強度及嚴密性檢驗
　　3.9.1試驗壓力值的確定：由于管道是重力流輸水管道，按地面高差，前14.5km的試驗壓力為0.9Mpa，后12.5km的試驗壓力為1.1Mpa。
　　3.9.2管道強度檢驗時，將管內水升壓至試驗壓力值后，若10分鐘內降壓值小于0.05Mpa為合格。
　　3.9.3管道嚴密性檢驗時，將管內水升壓至試驗壓力值，恒壓2小時，恒壓過程中補水量≤2.45L/km.min，表示檢驗合格。
　　3.9.4全線管道基本經強度、嚴密性檢驗均合格驗收。
3.10連通管的布置
　　27km輸水管道的前20km在農田段為A段，后7km在三環路外側綠化帶內為B段。
　　輸水管道在B廠圍墻外A00+20處以DN2400-2200mm連通管與A廠一、二期輸水管道連通，并預留了與即將建設的C廠輸水管道連通的DN2400mm接口；在樁號A51+00處預留了與A廠一、二期輸水管道連通的DN1600mm接口；在樁號A199+90處以DN2000mm鋼管與三環路城市環狀管網連通；B段多處與三環路管網連通，未端和配套的DN2400mm輸水管道連通，該管道經川陜路將與磨盤山高位水庫相通。
3.11主控閥門及附閥門
　　在A段20km內，有連通管三、四通的各個側面都設了主控閥門，穿越外環高速路、鐵路兩側也設了主控閥門，共有8件DN2400mm主控閥門，2件DN2400mm、1件DN2000mm（由成都市自來水總公司安裝）、1件DN1600mm的預留閥門。
　　在B段7km內，管道穿越府河、鐵路、多個道路立交橋，適當設立了4件DN2400mm主控閥門。
　　在27km內共安裝DN2400mm閥門14件中，有8件為法國KTC公司的臥式蝶閥，型號為TBG334E，重量為12噸；有6件為國內鐵嶺閥門廠的臥式蝶閥，型號為WD23LA41X-10Q，重量為16噸。很明顯KTC公司的閥門結構設計合理，閥板偏心后可360度旋轉，有利于在管內進行密封圈的更換；啟閉加長桿與啟閉方向傳遞空心軸組合為一體，結構緊湊；KTC閥門減速箱的結構設計亦精巧；閥門鑄造質量好，同樣均為球鐵鑄件，重量僅為鐵嶺閥門的3/4。
　　KTC閥門密封膠圈采用三元一丙橡膠，鐵嶺閥門采用丁腈橡膠，閥門在現場檢驗、組裝中，密封膠圈均出現了一些問題。
　　按慣例采購的閥門在現場不另行水壓檢驗的，但成都水司對采購的閥門長期堅持逐件要進行水壓檢驗，經談判同意了中方的意見，實踐表明幾乎絕大部分閥門均檢驗不合格，項目公司也感到震驚。8件法國KTC公司DN2400mm蝶閥均存在滲漏問題，查找原因時發現膠圈是膠條粘接的，膠條的直徑本身存在1mm的偏差，粘接斷面又偏粗，導致水壓檢驗時滲漏，后經1～2次廠方從法國帶來膠圈，進行更換才符合了要求。
　　在主控閥門處均設了跨越連通的DN400mm附閥門，在管道分段或不分段灌水時，關閉主控閥門，用連通的附閥門開啟灌水是一項重要措施。附閥門的口徑選擇，主要考慮灌水速度、管道的排氣速度。
　　采購的連通附閥門是法國KTC公司的DN400mm蝶閥，共12件，此蝶閥外觀質量及整體結構是好的，可是逐件水壓檢驗時卻有一側傳動軸均串水，后發現軸的密封膠圈規格有誤，全部更換后檢驗就合格了。
3.12放空排水閥門
　　在A段的管道基本是順坡埋設的，主控閥門處總是前段管道的最低點，因此在主控閥門前安裝有DN600mm放空排水閥門，就是非順坡埋設的管段，只要在管道兩主閥門之間任一最低點均設有放空排水閥門。這樣在管道故障點搶修時，可在管段最低點把余水抽排掉，加快故障點的搶修。放空排水閥門口徑的選擇，綜合考慮到今后引接分支管道的可能，口徑略為偏大。
　　放空排水閥門開啟的概率是極低的，因而選用的是閘閥，而不是蝶閥，總共有19件。SADE公司采購的是英國的灰鑄鐵閘閥，經現場水壓檢驗均串水或滲漏，全部更換為國內天津某公司的灰鑄鐵閘閥，在工地管道試壓過程中又紛紛爆裂，因工程進度的緊迫，只好全部更換為塘沽公司的球鐵蝶閥后才沒有出現故障。
3.13人孔與存渣斗
　　在主控閥門前設有人孔及存渣斗，同時在管道上約500～1000m之間，結合排氣閥門也設有人孔，27km內共設人孔33件，存渣斗4處。
　　在大口徑管道上設置人孔是十分必要的，在管道施工、運營過程中都需要它，人孔的孔徑一般為600mm，該管道上為800mm。
　　存渣斗的設置，主要讓管內流動的石子等雜物積留在斗內，對主控閥門起保護作用。按理管內不應存在渣物，但在過去管道放空檢修時，存渣斗內確存在著渣物。
3.14沖洗排水閥門
　　輸水管道在紅星斗渠、沱江河、府河，國防河、鳳凰河均設置了DN800mm沖排蝶閥6件，其中府河為主要洗管沖排點，設有兩個沖排閥門。沖排閥門規格的選擇，主要考慮管道沖洗時的流速，應有自凈的能力。SADE公司原先采購的產品，后因現場檢驗時滲漏及結構上的缺陷，也全部更換為塘沽公司的球鐵蝶閥，才基本可用。
3.15排氣閥
　　排氣閥是輸水管道的呼吸器，當管道排水放空時，它大量吸氣，避免管道內形成負壓而損壞；當管道灌水時，它大量排氣，讓管道內快速灌滿水；在管道輸水過程中，水里釋放出的少量氣體亦應就近排掉。因而排氣閥應是復式的排氣閥，既有快排、快吸的功能，要求快排時，排氣口的風速超過100m/s時也不封堵；又要有小孔釋放少量積氣的功能。
　　標書要求在兩主控閥門之間的管段最高點、順坡埋設管道約500m設置復式排氣閥，排氣閥口徑為300mm。在《特許權協議》簽訂前的確認性談判中，同意中標方提出修改意見，將排氣閥口徑及數量明確為DN300mm的為20件、DN100mm的為20件，超出部分由成都政府另行解決。
　　SADE公司采購的DN100mm排氣閥為德國VAG公司的產品；DN300mm的排氣閥為以色列ARI公司的產品，不足的是DN300mm的排氣閥實質是DN200mm的規格，僅是與管道連接的法蘭盤規格為DN300mm，它的進氣量很難滿足輸水管道向府河沖排水時的進氣要求，后經艱難的談判，SADE公司才同意增添8件同規格的排氣閥，作為一種補償。
　　因此在A段相關主控閥門下游側，均并列安裝了兩套DN300mm排氣閥，并順坡管段約400～900m有一件排氣閥。
　　工程竣工后，共安裝DN300mm排氣閥28件、DN100mm排氣閥34件、DN50mm排氣閥2件，每件排氣閥下面安裝了一雙法蘭中線蝶閥，蝶閥的啟閉方向改轉向90度，以便站在井頂蓋板上作業，其中DN100mm排氣閥12套由成都政府解決。
　　每件排氣閥均高出地面1～1.5m，減少吸氣時對管內的二次污染。
3.16測流口
　　在輸水管道有大口徑分支管后，均設置了測流口，安裝有DN100mm的AVK軟密封閘閥，以便管道輸水過程中用插入式流量計校測流量用。一般安排測流口遠離其它閥門等設施超過16D的直線距離，管道埋深較淺的部位，整條輸水管道設測流口9處。不足的是在A段的兩處測流口管段敷設時高程略有抬高，形成返坡積氣，影響測流效果，故在兩處添加了兩件DN50mm排氣閥，以解決此問題。
3.17伸縮器
　　大口徑鋼管管道存在熱脹冷縮的問題，埋地后由于土壤對管道的摩擦阻力的作用，溫度應力會受到制約，通常管道設計時不單獨安裝不固位的伸縮器，來消除溫度應力。但是施工現場的情況復雜，若是埋地管段閉合焊接時的溫度等控制不妥，有些城市也出現過溫度應力引起的管道故障。因此在本工程的主控閥門及其連通的附閥門，側旁的伸縮器改為不固位的伸縮器。而預留閥門、放空排水閥門、沖洗排水閥門的側旁，安裝的是固位伸縮器。
　　SADE公司采購的伸縮器中，除DN800mm及5件DN600mm的是鐵嶺閥門廠的球鐵伸縮器外，其余均是英國VIKING JOHNSON公司的鋼制伸縮器。此種鋼制伸縮器剛度不大，防腐效果不理想，經多次談判將內外防腐改用8701環氧樹脂涂料，螺栓改用不銹鋼材料。
　　施工單位在伸縮器的組裝時，用外鋼套校正器調校鋼管端口的園度，保證了伸縮器的安裝質量，在管道試壓、通水過程中沒有出現伸縮器部位的滲漏問題。
3.18閥井砌筑
3.18.1設計要點
　�。�1）利用鋼制管道的特點，盡量將多種功能閥門組合在一起，如主控閥門、附閥門、放空排水閥門、排氣閥門、存渣斗、人孔組合成一座矩形井，內凈空尺寸最大達長6000mm×寬6500mm×高5200～7000mm，也有單座閥門井、單座排氣閥井、單座沖洗排水閥門井、單座測流井等共98座，閥井內尺寸考慮到閥門更換時不損壞井壁的需要。
　　（2）由于閥井砌筑在農田或綠帶內，井頂比地面高0.5m以上，其中排氣閥井頂高出地面1.5m。
　　（3）閥井以干式井構思，用鋼筋砼現場澆筑，砼選用抗滲性商品砼；管道穿井壁部分以鋼套圈內嵌橡膠圈柔性密封，由于套圈與管道園度誤差，以填嵌密封膏彌補；井頂大小孔蓋板均按鋼筋砼預制。
　�。�4）閥井頂側面均設置了帶不銹鋼砂窗的透氣洞，尤其是排氣閥井的透氣洞的面積，應以吸、排氣最大量來核算。
　　（5）閥門啟閉均可在井頂蓋面作業，不必下井操作，閥門啟閉端及指示盤均以加長軸方式傳至井頂部。
　�。�6）井內設有集水坑，有利于抽排水；井內設有鋼制爬梯。
3.18.2效果評述
　�。�1）井砌筑規范，有利于閥門保護與啟閉作業，唯井頂方孔蓋板苯重，揭開容易損壞；園孔蓋板較小，容易丟失。
　�。�2）在水稻田內，多數閥井內積水不多，但亦有一些井，井壁穿管部位，密封處理不當而滲水。
　�。�3）閥井是一個密閉空間，設置了透氣洞有利于井上部的空氣對流，但還應增設整個井內空氣對流的措施。
　�。�4）在南方地區地下水水位較高時，通常按濕式井設計，造價較低；對于大口徑鋼制管道的閥井，設計為干式井是有一些優點，唯造價較高，若是井壁穿管部位密封不當就得不償失；鋼套圈與管道間一定要嵌入膠圈或膠條，井壁澆筑拆模后，應從外側補填密封膏，才能有效地止水。
　　（5）井內雖設有鋼制爬梯，但不完備，大口徑管道橫穿于井內，尚需竹梯協同在井內作業。
3.19鋼管包封
　　經核算，管道埋深超過4m時，鋼管采取鋼筋砼整體包封，鋼管與砼間用苯板隔離，包封的截面尺寸等按埋深計算確定，27km共包封154.2m。
3.20特殊地段的對策
　　管道穿越河渠、鐵路、高速公路時的處理情況如下：
　�。�1）管道穿越徐堰河、紅星斗渠、游子河、沱江河、南堰河、府河、國防河、鳳凰河時，管頂覆土僅0.5～1.0m，用河底鋼筋砼防沖刷護板來平衡管道上浮問題，河渠兩側護坡作了加固處理，針對都江堰水系的特點，均在河渠歲修期以圍堰法施工。不足的是穿越河道的鋼管沒有砼包封，卵石直接與管壁接觸，對管道的壽命是有影響的，今后應引以為戒。
　�。�2）管道兩處穿越鐵路，均先由鐵路部門的專業隊伍頂進鋼筋砼箱涵，分別為17m、20m長，而后設支座敷設鋼管�？⒐�檢查時發現兩箱涵均存在注水問題，經協商將箱涵內填滿砂來消除浮管的隱患。
　　（3）管道穿越外環高速公路時，由于管道與道路同步施工，管道僅作了鋼筋砼包封。
3.21鋼制管道的陰極保護
　　近十多年來成都敷設的鋼制管道均實施了犧牲鎂陽極的陰極保護措施，本工程最終也同意采用相同的保護措施，保護年限為25年，不足的是廠內鋼管未考慮陰極保護。但在采用電流密度的設計值上發生了分歧，SADE公司提出i=0.1mA/m2值（應是設計手冊提供的低值）。我方基于本管道的重要性、國內陽極質量的不穩定性等因素，提出兩點修正意見，一是i=0.2～0.25mA/m2；否則承諾在十五年后項目公司將水廠移交給成都政府時，復測陽極的保護電位是否超標，超標點項目公司補埋陽極。經過艱難談判，SADE公司最終采取i=0.15mA/m2，并同時給成都政府100萬人民幣補償。
　　全線共設置4kg陽極包2670支（5支/組，共534組）；8kg陽極包610支（5支/組，共122組）；22kg陽極包45支（3支/組，共15組）；電位測試樁53處。輸水管道上所有非焊接部位均采用銅芯電纜跨越連接，本工程與其它主支管連通點采用絕緣法蘭相連，使其電絕緣隔離。
3.22標志樁的設置
　　長距離輸水管道在農田內敷設，在管道折點、直線段約500m處設置標志樁是必要的，SADE公司把標志樁設置僅1.0m高，難以觀察，經多次談判，由項目公司返工，共設置3.0m高的標志樁92處。
3.23輸水管線上的控流設施
　　水六廠是重力流輸水的水廠，A廠一、二、三期輸水管道進入城市管網之前，均設有控流站，在協調重力流與泵壓流供水的水壓平衡上是行之有效的。但B廠及今后C廠投入運營后，環狀管網西擴，把控流站包圍在環狀管網內部時，泵壓流的水二廠、水五廠將逐漸轉為調節水廠的角色，理應由泵壓流水廠出水泵變頻調流來保持管網的水壓平衡較合理。
　　因此當城市供水達到一定設計規模后，如何合理地調度管網的水壓平衡，立項研究是必要的。為此在B廠DN2400mm輸水管道的控流方式上曾發生過分歧，最終由成都市政府按配套工程的方式在A段樁號A184+15～A185+15間（地面高程517.20m），建設了控流站。確定用兩臺DN1200mm活塞閥并聯來調流，目前的供水規模上是有效的，今后供水達到輸水管道的設計規模后，此控流站是否形成瓶頸，是否需要改造應引起關注。

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