□孫志江

劉川工業(yè)園區(qū)供水工程輸水線路及加壓級數(shù)選擇

□孫志江

本文結(jié)合長距離、大高差輸水的劉川工業(yè)園區(qū)供水工程，對復(fù)雜地形地質(zhì)條件下輸水線路、加壓級數(shù)選擇等問題進(jìn)行了初步研究，提出了合理的解決方案，可為其他工程提供參考。

長距離大高差管道輸水；線路選擇；加壓級數(shù)選擇

劉川工業(yè)園供水工程位于甘肅省靖遠(yuǎn)縣，包括取水泵站、取水管線、一級凈水廠、輸水管線、二級凈水廠等工程。其中輸水管線自三灘鄉(xiāng)附近黃河干流左岸取水，總長約14.14km，取水口與工業(yè)園區(qū)高差130m，管線設(shè)計(jì)加壓總揚(yáng)程155m，輸水距離長、高差大。

1.概述

輸水線路地形條件復(fù)雜，由南到北依次可分為：海拔約1530～1545m、相對高差約10～30m的南部劉川～吳家川盆地區(qū)，海拔約1440～1500m、高度25～50m丘陵波狀起伏中部基巖丘陵區(qū)，海拔約1370～1430m、相對高差約30～80m的北部黃河谷地區(qū)。

輸水線路地質(zhì)條件復(fù)雜，輸水管道前段約3.08km管道基礎(chǔ)主要為黃河III階地上的中等～強(qiáng)濕陷性馬蘭黃土；輸水管道中段直埋管道基礎(chǔ)地基巖性主要為新近系上新統(tǒng)淺紅色砂巖、砂質(zhì)粘土巖；輸水管道中后段7.8km管道基礎(chǔ)地基巖性主要為砂碎石層，主要布置于大沙河溝道中，加之大沙河主槽重金屬超標(biāo)難以開挖和頂進(jìn)施工，局部窄灘河段管道密布。

2.輸水線路及加壓級數(shù)選擇

輸水線路地形地質(zhì)條件復(fù)雜，為方便運(yùn)行管理、節(jié)約投資、節(jié)省工期，合理選擇輸水線路及加壓級數(shù)，成為了工程合理性起到了決定性因素。

2.1 輸水線路選擇

輸水線路選擇，避免深挖高填、盡量避讓濕陷性土、污染土等地質(zhì)條件復(fù)雜地段。在1/10000地形圖輸水線路規(guī)劃、現(xiàn)場踏勘后，初擬了3個(gè)輸水線路方案。

方案Ⅰ：自一級凈水廠加壓泵站開始，向西沿山溝布置至大沙河，而后沿大沙河灘地至稀土公司生活區(qū)后向北，穿越109國道后向西布設(shè)，穿越園區(qū)經(jīng)二路后再向北布設(shè)，直至進(jìn)入二級凈水廠。線路總長約14.3km。其中穿山隧洞段長193m；受已埋設(shè)多條管道、河道較窄影響，稀土公司至南臺子設(shè)置架空段長1.51km。方案Ⅰ投資為10066萬元。

方案Ⅱ：從一級凈水廠加壓泵站開始，向南沿山溝布置至小川，而后向西沿頭道溝布設(shè)，至頭道溝盡頭采用隧洞與雙峴河連接后沿雙峴河布置，經(jīng)陽洼溝至趙家臺再入大沙河后與方案Ⅰ重合，直至進(jìn)入二級凈水廠，管線長度約為16.08km，其中隧洞長1.85km。方案Ⅱ投資為18648萬元。

方案Ⅲ：從一級凈水廠加壓泵站接出后，向南沿山溝布置至小川南，后向西沿二道溝布設(shè)，至二道溝盡頭采用隧洞型式，至川峴溝與109國道交叉處，而后沿平行109國道敷設(shè)管道約900m，經(jīng)新開隧洞至趙家臺西側(cè)再入大沙河后與方案Ⅰ和Ⅱ重合，直至進(jìn)入二級凈水廠。管線長度約15.44km，其中隧洞長約3.32km。方案Ⅲ投資為23960萬元。

經(jīng)比較，方案Ⅰ優(yōu)點(diǎn)明顯，不但線路短、隧洞長度最短，而且投資小，還施工周期短、施工方便，故選用方案Ⅰ。

2.2 加壓泵站級數(shù)選擇

輸水線路自然高差大、線路較長，地形地質(zhì)條件復(fù)雜。輸水線路絕對高差約130m，泵站級數(shù)的選擇是本工程關(guān)鍵問題之一。泵站級數(shù)少則水泵單泵揚(yáng)程高，水泵的設(shè)計(jì)制造難度加大，水力過渡過程較復(fù)雜，但流量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)少，工程占地少，可以節(jié)省大量的建設(shè)和運(yùn)行管理資金。反之，泵站級數(shù)多則水泵單泵揚(yáng)程低，水泵的設(shè)計(jì)制造難度小，但流量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)增多，工程占地多，所需建設(shè)和運(yùn)行管理資金較多。結(jié)合工程實(shí)際總加壓揚(yáng)程，擬定了單級加壓泵站和兩級加壓泵站兩種方案進(jìn)行比選。

單級加壓方案：

僅一級水廠設(shè)加壓泵站，泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程155m，泵站內(nèi)設(shè)4臺臥式單級雙吸離心泵，3用1備。經(jīng)水錘計(jì)算，需在輸水管線設(shè)5座單向調(diào)壓塔，內(nèi)徑均為2.5m，塔高分別為11.2m、22.8m、28.1m、13.7m和23.1m。

兩級加壓方案：

在一級水廠、樁號6+900分別設(shè)一級、二級加壓泵站，一級、二級加壓泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程分別為68m、89m，泵站均采用臥式單級雙吸離心泵，均為3用1備，共8臺，同時(shí)二級加壓泵站需增設(shè)400m3調(diào)蓄水池。根據(jù)水錘計(jì)算成果，一級、二級泵站之間需設(shè)3座單向調(diào)壓塔，內(nèi)徑分別為3.5m、2.5m、2.5m，塔高均為15m；二級泵站至二級水廠之間需設(shè)3座單向調(diào)壓塔，內(nèi)徑2.5m，高20m。

經(jīng)綜合分析，單級加壓方案較兩級節(jié)省工程投資1000多萬元，單級加壓在很大程度上減少了多級泵站間的協(xié)調(diào)與調(diào)度，提高了輸水系統(tǒng)的可靠性，便于工程管理運(yùn)用，減少了永久占地，因此選用單級加壓的方案。

3.結(jié)語

復(fù)雜地形地質(zhì)條件地區(qū)的長距離輸水工程，最優(yōu)輸水線路選擇和加壓級數(shù)的選擇應(yīng)針對工程區(qū)特點(diǎn)，優(yōu)選工程投資較小、工程占地較小、運(yùn)行管理方便技術(shù)方案。擬定線路宜在依次滿足較短的線路、較短隧洞長度，較少河流和公路等工程穿越次數(shù)、少占耕地的條件下至少初擬3種方案，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定最終方案。泵站級數(shù)應(yīng)根據(jù)沿線地形地質(zhì)條件，考慮投資、占地、管理運(yùn)行等因素綜合確定?！?/p>

2016-05-06

孫志江，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，正高級工程師。