礦井工業場地管線敷設方式研究

任歆雨

(中煤西安設計工程有限責任公司,陜西 西安 710054)

0 引言

煤礦工業場地用于布置煤炭企業的生產設施及其配套公共設施等,一般主要布置有主副井、輔助生產設施、主要生產設施及行政辦公設施等[1-2]。

目前,礦井工業場地管線敷設方式大多采取埋地的敷設方式。經設計回訪發現,由于近年來陜晉蒙地區降雨量增多,使得地下水位上升,導致埋地敷設普遍存在管溝積水、檢修困難等問題。因此,有必要對管線敷設方式進行探討,并對管線埋地敷設與架空敷設進行技術及經濟比較。

1 管線布置的一般原則

管線布置的一般原則:①滿足場地內建筑物給水、排水、消防、供配電、供暖的使用要求。②各種管線的敷設應充分考慮建構筑物、交通運輸及人行的安全,并且應防止管線受振動、腐蝕等影響而損壞。③管線布置應與場地總平面及豎向布置統一考慮,與場地各建構筑物、道路及綠化景觀相協調。④節約用地,管線應根據其不同的特性和要求采用共溝或共架綜合布置。⑤應充分考慮的后期的維護及發展。⑥節省投資,力求經濟合理[3]。

2 管線敷設方式及比較

管線敷設方式,一般分為埋地敷設和架空敷設2種。埋地敷設分為直埋和地溝管敷設;架空敷設是指將管道架設于地上支架敷設[4]。

2.1 埋地敷設

埋地敷設不影響美觀和交通,是管線敷設廣泛采用的方式。埋地敷設又分為直埋和地溝敷設2種,其中地溝敷設是指將管道安裝于地溝內,管道及其保溫結構受地溝保護。

工業廠區內的管線采用埋地敷設時,通常應用地溝敷設。地溝可以承受有效土壓力和地面荷載,并防止水的侵入。根據地溝內人行通道的設置情況,可分為通行地溝、半通行地溝和不通行地溝。通行地溝工作人員可自由通過,并能保證檢修及更換管道等。半通行地溝內留有高度約為1.2～1.4 m且寬度不小于0.5 m的人行通道,操作人員可以在半通行地溝內檢查管道和進行小型修理工作,但更換管道等大型修理工作仍需挖開地面進行。不通行地溝的橫截面較小,只需保證管道施工安裝的必要尺寸。

埋地敷設的優點:封閉環境運行,可靠性好,熱損失小;通行地溝便于檢修、維護;地下布置可有效減少占地面積,不影響場區環境。

埋地敷設的缺點:施工周期長,造價高;受地下水和土質影響大,存在管溝積水的風險[5]。

在工程地質條件較好,地下水位較低,土壤和地下水無腐蝕性,地形較平坦,風速較大并要求管線隱蔽時,對無易燃、易爆、有毒、有害的液體管道、含濕的氣體管道以及電纜和水力輸送管道等,可采用埋地敷設。

2.2 架空敷設

架空敷設,是指將管道敷設在地面上的獨立支架或建筑物的附墻支架上。按照支架的高度不同,有低支架、中支架、高支架3種敷設方式。工業場地常用高支架,管道保溫結構底距地面凈高4.0～6.0 m,管架通常采用鋼筋混凝土結構。

在寒冷地區采用架空敷設時,供暖和給排水管道需加厚保溫層,給排水管道還需采用電伴熱保溫。同時需根據電伴熱功率增加電伴熱控制箱若干臺。電伴熱系統復雜,耗電量較大,與管溝相比保溫可靠性較差,保溫層材料還需考慮極端溫度的耐腐蝕性、防潮性、熱穩定性。

架空敷設的優點:架空敷設不受地下水位、土質和其他地下管線的影響;能適應復雜地形;構造簡單,管路明顯易辨,易于發現和消除故障,維修管理方便[5-6]。

架空敷設的缺點:室外架空管道長時間裸露在露天場所,保溫層及支架等易受日曬雨淋的侵蝕,易老化,管道的熱損失較大,維修工作量大;在寒冷地區,水管、蒸汽管等需加設保溫層及電伴熱;場地立面易擁擠、凌亂,影響美觀[7-8]。

在地形復雜、多雨潮濕、地下水位較高、凍層較厚、土壤和地下水的腐蝕性較大以及鐵路道路較多的廠區,地下管線縱橫交錯、稠密復雜的地區,濕陷性黃土地區和永久性凍結地區,除重力自流管線外的其他管線可以采用架空敷設方式[9-10]。

3 工程實例

3.1 項目基本情況

大海則井田位于陜西省榆林市榆陽區西部,行政區劃隸屬榆陽區補浪河鄉所管轄,西部靠近內蒙古自治區。該井田位于毛烏素沙漠南緣,區內以沙漠灘地及半固定沙丘地貌為主。區內地勢平坦,地形起伏不大。所在區域屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候,冬季延續長達近6個月,冬季嚴寒干燥,夏季氣溫較為平和;冷熱多變,晝夜溫差較大。每年11月至次年3月為冰凍期,全年無霜期短,元月初至5月初為季風期,多為西北風,春季時有沙塵暴天氣[11]。

根據工程勘察報告,區域內無不良地質,土壤和地下水無腐蝕性,地形平坦,季風期風速較大,地下水位相對于場地設計標高,埋深介于4.3～8.2 m[12]。

礦井工業場地占地面積為36.20 hm2,總平面布置根據場地內各建筑物的功能,利用場內道路將場地劃分為行政辦公區、主立井作業區、輔助生產區和回風井作業區共4個區域。結合自然地形及場地總平面布置,豎向設計采用連續式平場、平坡式布置形式[11]。

3.2 管線設計概況

在平面綜合布置方面,管線較多的主通道布置有給排水和供熱管線15至20根。通過以下幾處舉例說明:①無軌膠輪車庫與水處理設施之間,布置有供熱管線6根,給排水管線8根(其中有壓管線7根,重力自流管線1根);②乏風熱泵機房南側與3號宿舍樓之間,布置有供熱管線11根,給排水管線7根(其中有壓管線6根,重力自流管線1根);③2號公寓樓北側,布置有供熱管線8根,給排水管線11根(其中有壓管線10根,重力自流管線1根)。

各專業管線布置及通道內管線數量情況如圖1所示。

圖1 管線布置示意

3.3 管線敷設方案

為保證行政福利區景觀不受影響,建議管線在行政福利區內采取直埋的敷設方式,管線敷設方式的比較在其余生產區范圍內進行。無論采用哪種管線敷設方案,照明電纜、重力自流的污水管都須采用直埋敷設,故方案比較僅針對除照明電纜及污水管之外的管線。

3.3.1 管線埋地敷設方案

供熱管線與有壓給排水管線采用共溝敷設,電專業管線除照明電纜外采用電纜溝敷設。

水暖綜合溝:根據管線數量及管徑,除個別路段外,均采用通行地溝,主要斷面尺寸(寬×高)有以下幾種:3 000 mm×3 500 mm,2 500 mm×2 400 mm,2 200 mm×2 000 mm,1 400 mm×2 000 mm。地溝及檢查井均采用鋼筋混凝土結構,通行地溝采用全防水型做法。當其他非供熱管道穿綜合管溝時,需考慮預留穿溝防水套管,預留套管應與綜合管溝施工同步實施,套管與溝壁應做好防水處理。支溝與主溝連接處,待管道安裝就位后應做封堵防水處理。典型水暖綜合溝斷面如圖2所示。

圖2 典型水暖綜合溝斷面

管材及保溫措施,溝內供暖管線采用預制聚氨酯保溫管,保溫層厚度60 mm。

給排水管線中,熱水供、回水管道均采用HC雙金屬復合管,黃泥灌漿管道、壓力排水管道采用焊接鋼管,井下排水管道、鋼套管采用螺旋縫卷焊鋼管,其余管道采用內外涂環氧樹脂復合鋼管。所有給排水管道均無需采取特殊保溫措施。

電纜溝:采用鋼筋混凝土半通行地溝,斷面尺寸為1 800 mm×1 500 mm(寬×高),溝內雙側安裝7排支架,支架水平間距為0.8 m。電纜溝坡度與道路坡度保持一致,溝頂覆土不小于300 mm。電纜溝采用分段排水方式,每隔50 m左右設置集水井。電纜溝斷面形式如圖3所示,電纜溝走向如圖4所示。

圖3 電纜溝斷面

圖4 管溝走向示意

3.3.2 管線架空敷設方案

為保證節約用地及場地交通運輸的順暢,架空敷設方案采用高支架的綜合管架。

管路支架布置形式:架空管架共有7類管架布置橫斷面,對應8類管路支架布置形式。為保證場地內交通運輸不受影響,各類管路支架均保證凈空高度為5.0 m。地下基礎部分深2 m,地上部分總高度為7.5～9.2 m,寬度為1.8～4.8 m。典型管路支架布置如圖5所示。

圖5 典型管路支架布置

管架布置形式:根據管線種類和數量不同,上部管架大多3層,局部4層。最上層為電力電纜,中間層為給排水管線,最下層為供暖管線。其中電力電纜層共設有高壓電纜橋架4個、低壓電纜橋架3個、弱電電纜橋架1個,截面尺寸均為800 mm×200 mm,每節6 m。典型管架斷面如圖6所示。

圖6 典型管架橫斷面

管材及保溫措施:供暖管線采用預制聚氨酯保溫管,保溫層厚度100 mm。架空的消防給水管道應更換管材及消火栓。本次設計給排水管網中,消防系統工作壓力為1.25 MPa,自噴系統工作壓力為0.7 MPa,架空敷設方案中須將消防給水管和自噴給水管的管材更換為熱浸鍍鋅無縫鋼管。

所有給排水管線應加設聚氨酯保溫材料,保溫層厚度50 mm。另外,為保證冬季管道的正常使用,還需采用電伴熱措施,加設電伴熱帶14 680 m,增加電伴熱功率367 kW、電伴熱控制箱10臺。按每年使用電伴熱的時間同采暖季時間5個月、電價為1.0元/kWh計算,每年電伴熱的電費為132.12萬元。

支架防腐措施:可選用普通防腐或熱鍍鋅防腐。采用普通防腐技術,刷環氧富鋅底漆1道,環氧云鐵中間漆2道,丙烯酸聚氨酯面漆2道,面漆白色,干膜總厚度150 μm。普通防腐的初期建設成本低,但易生銹老化,使用壽命短(3～5 a),且嚴重影響廠區美觀;采用熱鍍鋅技術,熱鍍鋅層厚度150 μm。熱鍍鋅材質抗腐蝕性好,可長時間有效地保護鋼體,鋅鍍層具有良好的延展性,在進行各種折彎、搬運撞擊時都不會輕易掉落,并且鍍鋅美觀大方,具有裝飾性。熱鍍鋅防腐雖初期投入成本大,但美觀、防銹、防蝕,使用壽命長(15～20 a)。從遠期效果上看,推薦選用熱鍍鋅防腐措施。

3.4 方案比選

工程技術比較見表1,投資造價比較見表2。

表1 工程技術比較

表2 投資造價比較

從地下水位及地質條件來看,管線采用埋地敷設方案是可行的。無不良地質,地下水位埋深4.3～8.2 m,電纜溝埋深2 m左右,水暖綜合溝埋深最深處不足5 m,且水暖綜合溝中尺寸較大的主溝全部為全防水地溝,故埋地管溝基本不受地下水影響。

從氣象條件來看,本項目所屬地區不利于管線架空敷設方案。由于冬季嚴寒漫長,春季風沙大,若采取管線架空敷設方案,管道運行的可靠性較差,并且還需額外加設管道保溫材料及電伴熱,電伴熱每年會產生額外電費上百萬元。從美觀性來看,管線架空敷設方案對場地景觀影響較大,視覺效果不佳。從投資造價來看,二者相差不大。

綜上所述,本項目推薦采用管線埋地敷設方案。

4 結論

(1)管線埋地敷設安全可靠、不影響場地美觀,但施工工期長、檢修不便,且應考慮地下水位影響;架空敷設檢修便利、施工工期短,但在寒冷地區需考慮增加電伴熱,并且還需定期重刷防腐層。同時,通過經濟投資比較,二者造價相差不大。

(2)在煤炭主要產地陜晉蒙地區,冬季嚴寒漫長、夏季晝夜溫差大的氣象條件不利于管線架空敷設,推薦采用埋地敷設方式,同時應充分考慮地下水位的影響,合理確定場地及管線設計標高。