水廠輸水管道設(shè)計與施工技術(shù)分析

摘要：本文對原水輸水管道的設(shè)計方法及相關(guān)問題進行了分析和討論，對輸水管道的施工技術(shù)也進行了闡述。

關(guān)鍵詞：原水輸水管道；設(shè)計；施工技術(shù)

水廠的輸水管道分為兩種：一種是由水源至水廠的原水輸水管道，另一種是水廠向城市管網(wǎng)供水的清水輸水管道。本文主要討論原水輸水管道的設(shè)計與施工技術(shù)，清水輸水管道的設(shè)計與施工原理基本相同。輸水管道的設(shè)計主要解決以下幾個問題：一是管道滲漏要少。在水資源日益緊張的今天，減少滲漏是節(jié)約水資源的最有效方式之一。二是管道水力條件要好，以利于節(jié)能。節(jié)能減排是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施。三是運行安全可靠。供水工程是重大民生工程，關(guān)系到城鄉(xiāng)人民的生活和生產(chǎn)，所以必須保證輸水安全可靠。四是投資要省，即管道經(jīng)濟效益要好。輸水管道設(shè)計不僅要技術(shù)合理，還應(yīng)經(jīng)濟可行，所以經(jīng)濟因素也是必須要考慮的。下面就輸水管道設(shè)計與施工技術(shù)展開分析和討論。

1 輸水管道設(shè)計方法與相關(guān)問題

1.1 流量設(shè)計與輸水方式

按照《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》（CECS 193：2005）規(guī)定，原水設(shè)計流量以凈水廠最高日平均供水量、輸水管道漏失水量和凈水廠自用水量之和確定，若設(shè)計流量中還包含消防給水功能，則還應(yīng)再加上消防用水量。輸水方式包括無壓重力輸水、有壓重力輸水、加壓輸水、重力與加壓組合輸水等方式。一般條件許可且有可利用的水位高差時，應(yīng)優(yōu)先考慮重力流輸水。進行遠距離輸水且受地形限制時，多采用重力與加壓組合方式輸水。

1.2 管線選擇與管道定線

管線選擇既涉及技術(shù)經(jīng)濟問題，也與城市建設(shè)發(fā)展規(guī)劃相聯(lián)系，需要考慮的因素非常多。一般應(yīng)先在地形圖上初選幾種方案，然后通過現(xiàn)場踏勘了解，再綜合各方面的情況而定。考慮經(jīng)濟性原則，應(yīng)盡量縮短線路，減少拆遷和少占農(nóng)田。為便于施工和維護，應(yīng)盡量沿現(xiàn)有道路定線。出于減少相互干擾和提高線路安全性考慮，應(yīng)避免與鐵路、公路、河流等交叉，并避開不良地質(zhì)作用區(qū)域，如滑坡、泥石流、斷裂帶等區(qū)域。此外，還應(yīng)考慮分期實施的可能，近期方案應(yīng)結(jié)合遠期規(guī)劃[1]。同時，應(yīng)吸取相關(guān)工程的經(jīng)驗和教訓(xùn)，通過充分調(diào)研和協(xié)調(diào)來確保線路的可實施性，并在線路確定后及時與相關(guān)部門磋商，使方案最終形成制度性文件，以避免工程實施過程中的頻繁改線，以致影響了工程工期和增加了投資[2]。

1.3管道條數(shù)與管徑確定

為保證供水可靠性，輸水管道條數(shù)不宜少于2條，多數(shù)情況下選擇2條管道。當有多個供水水源且安全保障措施足夠時，也可選擇1條管道加上調(diào)節(jié)水池的方案。選擇管徑主要考慮兩方面因素：一是水利條件要好，即管道流速不宜太高，通常不超過3m/s；二是為防止水中泥沙、懸浮物沉積，流速不宜低于0.6m/s。一般采用公式 （m）計算，其中 為流量（m3/s）， 為圓周率， 為流速（m/s）。計算結(jié)果應(yīng)規(guī)整到管徑標準系列。

1.4 管材種類與選用

常用管材性能的比較結(jié)果見表1。由表1可見，不同管材各有優(yōu)劣，應(yīng)結(jié)合工程實際情況，從技術(shù)、經(jīng)濟、工期、維護、安全可靠等多方面綜合比較后確定。一般可不限于一種管材，例如某工程選用了鋼管、球墨鑄鐵管和玻璃纖維夾砂管三種管材，鋼管用于魚塘、河道段，因鋼管便于頂管施工；球墨鑄鐵管用于地質(zhì)較好、施工方便的地段，玻璃纖維夾砂管用于其他地段。

1.5 管道設(shè)計中的技術(shù)與安全措施

管道設(shè)計時，雖然已盡量避免與鐵路、公路、河流等交叉，然而要完全避免是很難做到的，有些地段必須交叉，這就需要考慮交叉通過的問題。管線通過河道方式有倒虹管和管橋兩種方式，當河道有通航、景觀要求時應(yīng)采用倒虹管；沒有這方面要求可采用管橋方式，便于運行維護。管線穿過繁忙公路施工一般采用頂管技術(shù)。穿越電力隧道、高壓燃氣管道、鐵路時可采用箱涵方式。

水錘是影響輸水系統(tǒng)安全運行的重要因素。在水泵啟停、閥門突然關(guān)閉等情況下，輸水管道中膝點等凸起部位的壓力會降低到汽化壓力以下，使水汽化并形成水柱分離現(xiàn)象，接著正壓波通過又使汽化的水重新凝結(jié)，氣泡破滅使分離的水柱相互撞擊，水壓力隨之迅速升高，而造成管道破壞[3]。一般水泵正常的啟動、關(guān)閉引起的水錘能量不大，而事故斷電引起的水錘沖擊能量較大，不能忽視。防止水錘危害的措施有加大泵組轉(zhuǎn)動慣量、設(shè)空氣壓力罐、設(shè)空氣閥、設(shè)調(diào)壓塔等措施。加大泵組轉(zhuǎn)動慣量和設(shè)空氣壓力罐投資較大，運行維護不易，一般較少采用。設(shè)空氣閥較為簡單，可用于防止低壓水錘，應(yīng)設(shè)置在膝點等凸起部位，但受制造水平等因素影響，效果不完全可靠。調(diào)壓塔有雙向塔和單向塔之分，雙向塔技術(shù)復(fù)雜，投資也大，應(yīng)用也不多。單向塔安裝在泵后的輸水管道上，通過安裝止回閥的短管與主管道連接，用于防止高壓水錘效果較好。為防止由于閥門突然關(guān)閉引起水錘，可采用蓄能液壓緩閉閥門。

為便于維修，管線低洼處應(yīng)增設(shè)泄水閥和泄水管。雙線布置的管道，一定位置上應(yīng)設(shè)置聯(lián)通管和閥門，確保事故流量不小于設(shè)計流量的70%。

2 輸水管道施工技術(shù)

管道施工方法包括開槽和不開槽兩種方法。不開槽施工由于施工費用較高，多數(shù)情況下還是采用開槽施工方法。

開槽施工前，要在施工現(xiàn)場進行測量放線，地下水位高的地段還要進行降排水。由于地下常有水、電、氣等各類管道，還可能有暗浜、暗穴等，所以要做好調(diào)查研究和勘察工作，并對照施工圖紙在現(xiàn)場核實。開挖方法有人工開挖和機械開挖兩種，后者開挖效率較高，只要條件允許盡量采用這種方法。由于不同地區(qū)地質(zhì)特點不一樣，地基處理方式也有差異。例如某工程處于軟土地區(qū)，在淤泥地段的地基承載力不足40kPa，需要采用換土加筋方式處理。開挖前先在管道兩側(cè)位置打入鋼板樁，然后挖至管底一定深度擠入石塊，再鋪上一層粗砂。而在地質(zhì)條件較好地段，地基承載力超過40kPa時，可放坡開挖，坑底墊石塊、中粗砂。為保證施工安全，必須嚴控放坡角度，并采取先支護后開挖的方法，防止邊坡垮塌。

挖好溝槽，經(jīng)檢驗合格，開始管道安裝。安裝分下管、排管、穩(wěn)管、接口、回填等工序。大口徑輸水管道一般采用機械下管、排管和穩(wěn)管。其中接口是關(guān)鍵工序，管材不同安裝方式也不一樣。以PCCP管道安裝為例，下管前管子吊離地面后，清理插口凹槽，套入涂滿潤滑劑的密封圈。膠圈放置妥當后，吊機下管，插口管與承口管平行對中，用導(dǎo)鏈從管線方向拉動就位。以經(jīng)緯儀調(diào)整檢查管軸線，以水準儀定標高。準確無誤后，以管道墊層材料穩(wěn)固管道，然后卸去導(dǎo)鏈和千斤頂，接下來安裝后續(xù)管道。每安裝完一段管子，都要對接頭進行打壓試驗，即按要求入水、排氣、密封，保持規(guī)定壓力5min無明顯壓降即為合格，可進行下一段管子安裝。打壓合格還需灌漿封堵接頭。管道安裝完畢，靜水試壓，按設(shè)計要求逐級升壓至試驗壓力，保壓24h以上，無滲漏、破損，且補水量不超過規(guī)定值，即為合格。

3 結(jié)語

水廠輸水管道工程，是保證城市供水安全、改善居民生活質(zhì)量、促進經(jīng)濟發(fā)展、保障社會和諧穩(wěn)定的重要民生工程，設(shè)計與施工技術(shù)關(guān)乎工程質(zhì)量、工期和效益，必須做好、做到位。本文對相關(guān)內(nèi)容和問題進行分析和討論，供同類工程參考和借鑒。

參考文獻：

[1] 趙輝. 水廠長距離原水輸水工程設(shè)計[J]. 建筑知識：學(xué)術(shù)刊，2012，（8）：22-23.

[2] 楊志峰. 杭州蕭山長距離大口徑輸水管道設(shè)計總結(jié)[J]. 給水排水，2012，38（4）：113-116.

[3] 張小平. 為防止水錘現(xiàn)象長距離輸水系統(tǒng)設(shè)計[J]. 中國水運，2012，12（10）：163，177.

作者簡介：

許媛，女（1987—），廣東羅定人，畢業(yè)于仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，環(huán)境工程專業(yè)，給排水助理工程師，主要從事給水工程管理工作。