文峪河百金堡園區(qū)供水工程管線設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會(huì)

龐月珍

（文峪河水利管理局 文水 032100）

文峪河百金堡園區(qū)供水工程屬于自壓輸水管道供水工程。為解決入駐文水縣的多個(gè)企業(yè)用水緊張的問(wèn)題，興建了此項(xiàng)工程。該工程設(shè)計(jì)年供水量1 500萬(wàn)t。輸水管道全長(zhǎng)5.6 km,管道直徑800 mm和600 mm，進(jìn)口在文峪河永田渠16+987處,出口分別在園區(qū)成員企業(yè)廠區(qū)內(nèi),進(jìn)出口高差為37.048 m。

2009年通水以來(lái)，項(xiàng)目工程運(yùn)行良好。該工程的特點(diǎn)是輸水壓力大，管線高差大，因而搞好前期設(shè)計(jì)工作對(duì)于管道的安全運(yùn)行及今后的管理維護(hù)是十分重要和必要的。

1 非低壓輸水管道的工作特點(diǎn)

（1）地形復(fù)雜:對(duì)于自壓輸水管道工程來(lái)說(shuō),地形條件都比較復(fù)雜,管線有升有降、起伏不平。

（2）工作壓力大：非低壓輸水管道的工作壓力超過(guò)了0.2 MPa,本工程的工作壓力達(dá)到了0.4 MPa,設(shè)計(jì)工作壓力為0.6 MPa。

（3）管道附件多：根據(jù)運(yùn)行和管線布置的要求，管路中需裝設(shè)較多的附件。如本工程中共需安裝排氣閥16套，泄水閥9套；閘閥17套。

2 輸水管線的選線遵循以下原則

（1）輸水管線充分利用渠道水頭與地面落差，采用有壓重力式輸水，以減少能耗，降低工程運(yùn)行成本。

（2）輸水管線布置盡量取直，減少轉(zhuǎn)折，以減少水頭損失及控制工程的規(guī)模，降低工程造價(jià)。

（3）輸水管線盡量靠近現(xiàn)有道路或規(guī)劃道路敷設(shè)，以方便施工和運(yùn)行維護(hù)管理。

（4）盡量減少輸水管線穿越公路及河道（溝渠），并注意盡量避開(kāi)不良土質(zhì)地帶。

（5）輸水管線布置時(shí)盡量避免穿越村莊和大片林地，以保護(hù)環(huán)境，方便群眾生產(chǎn)生活，避免造成水土流失。

3 縱斷的設(shè)計(jì)

（1）管道埋設(shè)深度確定。冰凍地區(qū)管道的管頂埋深須考慮土壤的冰凍深度及耕作要求，非冰凍地區(qū)管道的管頂埋深主要由外部荷載、管材強(qiáng)度及管道交叉等因素決定；為保證金屬管體不因動(dòng)荷載的沖擊而降低強(qiáng)度，其管頂復(fù)土深度應(yīng)不小于1.0～1.2 m。

（2）排氣閥的設(shè)置。在管道運(yùn)行過(guò)程中，水流會(huì)攜帶空氣進(jìn)入管道，為了及時(shí)排出管內(nèi)空氣，避免管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，沿管路必須設(shè)置氣閥；為了保證每一個(gè)氣閥能正常工作，必須使相鄰兩個(gè)氣閥之間不出現(xiàn)最高點(diǎn)。本工程全線共12段，設(shè)置氣閥16個(gè)。

（3）排水閥的設(shè)置。規(guī)范要求，在管線的最低點(diǎn)須安裝排水閥，用以排除沉淀物以及檢修時(shí)放空管內(nèi)積水。本工程共設(shè)排水閥9套。

（4）鎮(zhèn)墩的設(shè)置。鎮(zhèn)墩的作用是連接兩端管道（包括管道的彎頭），使管道在離心力和斜管傳來(lái)的荷載作用下維持穩(wěn)定。鎮(zhèn)墩可由漿砌石或混凝土做成，如果斜管坡度較大，每隔20～30 m要設(shè)鎮(zhèn)墩一個(gè)，防止下滑。本管道工程共設(shè)置鎮(zhèn)墩17個(gè)。

（5）管路附件的設(shè)置。長(zhǎng)距離輸水管道附件及轉(zhuǎn)角較多，設(shè)計(jì)中選取的角度越少，對(duì)于管件的加工和安裝越有利。其次采用同一角度對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)講也是非常方便的。

（6）閥門井的設(shè)置。根據(jù)輸水管道流量調(diào)節(jié)、排氣、排水及檢修等需要，在管線適當(dāng)位置安裝各種閥門、儀表、分水三通及伸縮節(jié)等附件，并將這些附件集中安裝于閥門井內(nèi)，便于操作、檢修和保護(hù)。本工程閥門井設(shè)方形和圓形兩種共18座。

（7）管道的連接。輸水管道采用玻璃鋼管，彎管及分水三通采用鋼管，玻璃鋼管與鋼管、閥門、分水三通之間的連接均采用法蘭對(duì)接，玻璃鋼管之間采取承插連接，雙密封止水橡膠圈止水。

（8）管道的敷設(shè)。為不影響交通，管道穿越307國(guó)道和百金堡園區(qū)公路，采用DN1200鋼頂管施工，兼作套管，其他地段均采取開(kāi)槽敷設(shè)。

（9）縱坡比降的設(shè)計(jì)。為方便計(jì)算，選取縱坡比降時(shí)，應(yīng)盡量采用整數(shù)坡降。比如1/30，1/50，1/100等，這對(duì)于推算每一個(gè)樁號(hào)的底高程非常有利。

4 管材選擇

可用于長(zhǎng)距離大口徑輸水管的管材有：鋼管、鋼筋混凝土管（PCP）、球墨鑄鐵管（DIP）及玻璃纖維增強(qiáng)塑料加砂管（RPMP）共四種管材進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1 各種管材的綜合造價(jià)比較

1）表1中，管徑是在管道設(shè)計(jì)流量0.48 m3/s情況下，按水力學(xué)計(jì)算公式得出的。管道工作壓力均按0.6 MPa計(jì)。

2）單位綜合造價(jià)指標(biāo)包括管溝開(kāi)挖、砂墊層、管子鋪設(shè)及回填的建筑工程費(fèi)，不包括配套建筑物攤銷，臨時(shí)工程攤銷，其他費(fèi)用攤銷等。

從表1可以看出，球墨鑄鐵管（DIP）和鋼管的造價(jià)明顯高于其它兩種管材，本次設(shè)計(jì)不再考慮這兩種管材。在此基礎(chǔ)上，對(duì)玻璃鋼管與預(yù)應(yīng)力混凝土管的主要技術(shù)性能進(jìn)行綜合比較，見(jiàn)表2。

表2 玻璃鋼管與預(yù)應(yīng)力混凝土管的比較分析表

由表1、表2可知，玻璃鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管綜合單位費(fèi)用基本相近。但玻璃鋼管的管材技術(shù)特性明顯比預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管更具優(yōu)勢(shì)。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)玻璃鋼管道價(jià)格大幅下降，已有愈來(lái)愈多的工程使用了玻璃鋼管。所以，本工程采用玻璃鋼管為推薦材料。

5 管徑的確定

在管道系統(tǒng)的布置（包括管道長(zhǎng)度）和所需流量及水頭已定的情況下，管徑的選定需要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比較，應(yīng)滿足：①管網(wǎng)任意處工作壓力的最大值應(yīng)不大于該處材料的公稱壓力；②管道流速應(yīng)不小于不淤流速（一般取0.5 m/s），不大于最大允許流速（通常限制在2.5～3.0 m/s）；③設(shè)計(jì)管徑必須是已生產(chǎn)的管徑規(guī)格。一般經(jīng)濟(jì)管徑可由下式計(jì)算：

式中：d——玻璃鋼管直徑，m；

Q——計(jì)算管段的設(shè)計(jì)流量，m3/h；

ν——管道輸水流速，m/s，本次設(shè)計(jì)采用3.5 m/s。

根據(jù)各企業(yè)用水需求的不同，本工程中管道設(shè)計(jì)輸水流量分為兩段，并據(jù)此計(jì)算出采用兩種管徑即0+000～4+091段采用800 mm，4+091～5+812段采用600 mm。

管道沿程水頭損失按有壓管道公式計(jì)算：

式中：hf—管道沿程水頭損失，m；

f—沿程水頭損失摩阻系數(shù)，取0.000915；

m—流量系數(shù)，取m=1.77；

d—管徑，m；

b—管徑系數(shù)，取b=4.77；

L—管道長(zhǎng)度，L1=4 091 m，L2=1 721 m。

計(jì)算得管道沿程水頭損失hf1=2.96 m，hf2=1.44 m，hf=2.96+1.44=4.40 m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計(jì)算，即 4.40 m×10%=0.440 m。

總水頭損失為沿程水頭損失與局部水頭損失之和，即4.40 m+0.44 m=4.84 m。

所以，管道水流凈水頭為48.452-4.84=43.612 m，完全能夠滿足各用戶引水入網(wǎng)的水頭要求。

根據(jù)管道動(dòng)水壓力并考慮水錘后確定管道工作壓力為0.6 MPa。

6 運(yùn)行管理

非低壓管道輸水工程工作壓力大，地形復(fù)雜，這不僅給設(shè)計(jì)增加了難度，而且在管理運(yùn)行時(shí)也應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

（1）管道安裝的各種閥門、儀表、法蘭及伸縮節(jié)等設(shè)備，應(yīng)確定專人定期檢修。

（2）控制蝶閥如果開(kāi)關(guān)時(shí)間過(guò)短，勢(shì)必造成管道內(nèi)水擊壓力上升，威脅到管道的安全。為了防止蝶閥在開(kāi)關(guān)過(guò)程中造成管道內(nèi)水擊壓力升高，必須通過(guò)延長(zhǎng)蝶閥開(kāi)、關(guān)時(shí)間減小管道內(nèi)水擊壓力。排氣閥發(fā)生振動(dòng)或有特殊聲音時(shí)，要立即檢查修理。蝶閥操作時(shí)要注意慢開(kāi)慢關(guān)，適當(dāng)延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)時(shí)間，以防止管道內(nèi)水錘壓力升高。

（3）定期巡查管道沿線，發(fā)現(xiàn)管道漏水、覆蓋破壞或被占?jí)旱惹闆r時(shí)，要及時(shí)處置，使管道及其附屬設(shè)備保持良好運(yùn)行狀態(tài)。