山區(qū)長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)和施工方案分析

劉運(yùn)波（宜昌市水利水電勘察設(shè)計(jì)院，湖北宜昌443000）

山區(qū)長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)和施工方案分析

劉運(yùn)波（宜昌市水利水電勘察設(shè)計(jì)院，湖北宜昌443000）

山區(qū)長(zhǎng)距離重力流輸水管道工程輸水管線長(zhǎng)、工作壓大，沿線地形、地物條件復(fù)雜，輸水管線隨地形有升有降、起伏不平，具有一定的復(fù)雜性。因此，輸水管道的設(shè)計(jì)非常重要。本文重點(diǎn)探討了山區(qū)長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題，希望能夠給長(zhǎng)距離輸水管道提供實(shí)踐價(jià)值。

山區(qū)；長(zhǎng)距離輸水管道；設(shè)計(jì)與施工；方案分析

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)水資源的需求量日益增加，水資源供需矛盾日益突出。為解決某些地區(qū)水資源在時(shí)間和空間上分布不均衡、缺乏就近水源、用水困難問(wèn)題，近年來(lái)，我國(guó)實(shí)施了許多抗旱應(yīng)急水源長(zhǎng)距離輸水管道供水工程。為保障干旱缺水地區(qū)人畜飲水安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。山區(qū)長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到工程本身的安全和經(jīng)濟(jì)合理性，而且關(guān)系到城鄉(xiāng)居民生活用水和工礦企業(yè)生產(chǎn)用水安全，應(yīng)引起重視。

2 長(zhǎng)距離輸水管道管線的選擇

在山區(qū)輸水系統(tǒng)中，輸水管道承擔(dān)著輸送水的任務(wù)，由于管線長(zhǎng)，需要的投資大，這就需要在選擇管線時(shí)，實(shí)地勘測(cè)要細(xì)，主要有以下幾點(diǎn)：①總體來(lái)說(shuō)，在選擇管線時(shí)，應(yīng)盡量選擇線路短、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、起伏小、工程量小的線路；②在管線的選擇時(shí)，難免會(huì)因?yàn)楣芫€而對(duì)有些建筑進(jìn)行拆遷，因此，應(yīng)盡量減少拆遷；③對(duì)于管線的選擇，不僅要考慮到眼前利益，還應(yīng)考慮到長(zhǎng)遠(yuǎn)利益；④對(duì)于管線的走向，其位置應(yīng)盡量與規(guī)劃要求相一致，盡可能按照現(xiàn)有的道路或規(guī)劃道路敷設(shè)；⑤充分利用水位高差，如果條件允許，可以考慮重力流輸水；⑥線路經(jīng)歷的地形越復(fù)雜，就會(huì)增加施工的難度和成本，因此，應(yīng)盡量避免穿越山脊、河谷、沼澤泄洪、鐵路等地區(qū)。

根據(jù)以上這些原則，在在輸水管道的選取上，應(yīng)先在地形圖上布線，然后再進(jìn)行實(shí)地踏勘。嚴(yán)格遵循選線的原則，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以設(shè)計(jì)兩條線路，也可以將這兩條線路細(xì)分為若干個(gè)線路，但是都應(yīng)考慮穿越村莊、引橋、機(jī)井等地區(qū)，在選擇路線后，還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的測(cè)量、比較、踏勘，然后確定出最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)便的方案。

3 管材選擇

據(jù)統(tǒng)計(jì)，重力流長(zhǎng)距離輸水管道工程中管道費(fèi)用占總投資的60%以上，因此，管材的選擇至關(guān)重要，它不僅關(guān)系到供水的安全性，更關(guān)系到工程的經(jīng)濟(jì)合理性。管材的選擇應(yīng)滿足以下要求：有足夠的強(qiáng)度，可以承受各種內(nèi)外荷載；良好的水密性；水管內(nèi)壁面光滑，水頭損壞??；施工方便，安裝便捷，運(yùn)行可靠；價(jià)格較低，使用年限長(zhǎng)，并且有較強(qiáng)的防止水和土壤侵蝕的能力等。

目前，一般可供選用的輸水管材有PE管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、夾砂玻璃鋼管、球墨鑄鐵管、鋼管等。PE管是一種由聚乙烯合成的高分子塑料管，自重輕、阻力系數(shù)小，強(qiáng)度較高。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是一種鋼筒與混凝土制作的復(fù)合管。管芯為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm鋼筒，在管芯上纏繞預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲，外部采用泥漿保護(hù)層。夾砂玻璃鋼管是以樹(shù)脂為基本材料，玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以石英砂為填充材料而制成的新型復(fù)合管材。球墨鑄鐵管是中低壓輸水工程中廣泛使用的一種輸水管材，具有強(qiáng)度高、韌性好、延伸率大、耐腐蝕等特點(diǎn)，內(nèi)壁襯水泥磨光防腐，外壁采用噴鋅后涂瀝青防腐，是一種較理想的輸水管材。鋼管應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，是一種傳統(tǒng)的輸水管材。

4 壓力水管優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工方案分析

4.1 對(duì)壓力水管道的要求

確保管道自身以及接頭的密封系與強(qiáng)度可靠；確保壓力管道產(chǎn)生的能量消耗投資最低；確保泵站在正常運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中壓力水管道的穩(wěn)定；在向管道當(dāng)中充水或者泄空過(guò)程當(dāng)中確保介質(zhì)可以自由出入壓力水管道內(nèi)；在管道突然破裂之后要確保泵房的安全；可以在檢修過(guò)程當(dāng)中放空管道，確保檢修工作的順暢開(kāi)展。

4.2 壓力水管的材料選擇

壓力水管的水循環(huán)壓力損失比較小，并且能耗較低，保證水泵在各種情形下都可以按照標(biāo)準(zhǔn)的工況運(yùn)行，進(jìn)而減少壓力水管的維保費(fèi)用。要適應(yīng)泵站不同的用水需求，確保在各種不同的水管壓力之下可以通過(guò)相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量。要保證管道在非常惡劣的環(huán)境條件影響之下，均能獨(dú)立自主運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生位移變化、水擊破壞以及滑移等現(xiàn)象的發(fā)生。水管材料要便于運(yùn)輸、檢修、安裝、維護(hù)和管理，保證壓力水管檢修順利。節(jié)省鋼材、水泥、木材等材料，保證整個(gè)工程投資成本最低。

4.3 安裝方式

壓力水管的安全方法能夠分成平行安裝、輻射狀安裝、并聯(lián)安裝以及串聯(lián)安裝四種。①輻射狀安裝管道的中心線會(huì)隨著位置偏離中心而減少，其實(shí)質(zhì)上是處于平行安裝與并聯(lián)安裝之間的一種安裝方式。②平行安裝指的是壓力水管管道中心線自始至終都是定值。對(duì)于低揚(yáng)程、短管道的泵站而言，把壓力水管順著平行于泵站垂軸線方向進(jìn)行設(shè)立，可以簡(jiǎn)化管道的結(jié)構(gòu)，確保壓力水管的運(yùn)行穩(wěn)定性。③串聯(lián)安裝是對(duì)于相鄰泵站間沒(méi)有建筑物的壓力水管安裝方法。針對(duì)高揚(yáng)程泵站而言，假如泵站之間沒(méi)有影響泵站裝設(shè)的臺(tái)地，可以利用串聯(lián)方式把壓力水管跟下一級(jí)水管連接。④并聯(lián)安裝指的是多個(gè)水泵共同利用一個(gè)壓力水管，進(jìn)而在最大程度上降低水管的利用，減少泵站的建設(shè)投入，多數(shù)用在多泵機(jī)組、長(zhǎng)管道、高揚(yáng)程的泵站建造。

4.4 長(zhǎng)距離壓力輸水管道焊接控制

管道焊接應(yīng)符合《管道下向焊接工藝規(guī)程》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于淬硬性大而且壁厚較大的合金鋼管，在進(jìn)行管道焊接時(shí)，要進(jìn)行管道預(yù)熱，這樣可以在一定程度上優(yōu)化焊接接口處材料的韌性與塑性，減少材料的應(yīng)力，提高焊接的質(zhì)量。在預(yù)熱的時(shí)候需要利用中頻加熱的方法處理，在預(yù)熱的時(shí)候要確保預(yù)熱溫度均勻，而且要保證預(yù)熱寬度超出破口兩側(cè)大約75cm。在預(yù)熱之前要清理好長(zhǎng)距離壓力輸水管道坡口位置的氧化皮、油污以及對(duì)接頭質(zhì)量有影響的雜質(zhì)，防止因?yàn)槲酃甘沟煤附赢a(chǎn)生氣孔，確保長(zhǎng)距離壓力輸水管道保持基本相同的焊接高度。在開(kāi)展長(zhǎng)距離壓力輸水管道焊接過(guò)程中，需要進(jìn)行連續(xù)焊接，應(yīng)該確保每個(gè)焊道之間的溫度基本一樣，這樣才可以有效防止冷裂紋以及淬硬組織的產(chǎn)生。對(duì)于焊接的順序與位置都需要嚴(yán)格結(jié)合有關(guān)焊接標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在自動(dòng)焊接的時(shí)候要仔細(xì)觀察電弧在坡口停留的時(shí)間以及焊道的寬度，確保焊接寬度與溫度均勻。

4.5 管道水錘防護(hù)

4.5.1 緩閉蝶閥

理論計(jì)算和工程實(shí)踐表明，關(guān)閥水錘的大小與關(guān)閥時(shí)間長(zhǎng)短有直接關(guān)系。因此，關(guān)閥水錘防護(hù)最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施就是設(shè)置緩閉蝶閥延長(zhǎng)關(guān)閥（開(kāi)閥）時(shí)間。但另一方面，若關(guān)閥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，又會(huì)引起運(yùn)行操作不便且造成水資源浪費(fèi)。因此，設(shè)計(jì)上可以擬定幾種不同關(guān)閥時(shí)間方案，從中找出能最大限度降壓而關(guān)閥時(shí)間又能接受的可行方案，使水錘壓力處于可控制范圍之內(nèi)。

4.5.2 空氣閥

長(zhǎng)距離重力流輸水管道運(yùn)行時(shí)，水中的氣體會(huì)逸出在管道凸起部位積聚，形成氣囊，當(dāng)水流發(fā)生變化時(shí)，這些氣囊會(huì)被不斷壓縮、擴(kuò)張，形成危害。因此，在管道的合理位置布置空氣閥，既可以將管內(nèi)積聚的氣體及時(shí)排出，減小管道阻力，避免管內(nèi)急劇升壓，又可以在管道內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)及時(shí)補(bǔ)氣，消除水柱分離，避免發(fā)生水錘事故。為有利于空氣排出，空氣閥應(yīng)布置在管道凸起點(diǎn)。若管線較長(zhǎng)范圍沒(méi)有自然凸點(diǎn)，應(yīng)人為每隔一定距離（1km左右）布置成一個(gè)高點(diǎn)，在駝峰處布設(shè)空氣閥。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在山區(qū)長(zhǎng)距離輸水管的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)管道的投資非常大，需注意的問(wèn)題有許多。根據(jù)工程規(guī)模、地形地質(zhì)、重要性等進(jìn)行綜合分析，選擇管材和工作壓力，從而選擇最經(jīng)濟(jì)、最合理的設(shè)計(jì)。但是在技術(shù)和安全措施上，還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行更為深入的研究。

[1]羅春林，楊玉芳，王愛(ài)軍，楊萍萍.有壓重力流長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)體會(huì)[J].給水排水，2012（08）.

[2]馬蘭蘭.長(zhǎng)距離多支管重力流輸水系統(tǒng)水錘防護(hù)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[3]王 棟.大高差長(zhǎng)距離重力輸水管道水錘防護(hù)技術(shù)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

TV672.2

A

2095-2066（2016）36-0134-02

2016-12-13

劉運(yùn)波（1981-），男，工程師，本科，主要從事水利水電勘察設(shè)計(jì)工作。