輸水工程壓力管道在萬家寨引黃工程中的應用

張翠鳳

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

山西省萬家寨引黃工程是位于山西省西北部的大型引水工程，由萬家寨水庫、總干、北干、南干和聯(lián)接段組成，向太原、大同和平朔等3個城市輸水。聯(lián)接段上起南干7號洞出口，下接太原市呼延水廠，線路全長139.35 km。汾河水庫以上81.2 km采用天然河道輸水，輸水流量25.8 m3/s，汾河水庫以下58.15 km為壓力管道輸水和隧洞輸水，設計流量20.5 m3/s，每年向太原市供水6.4億m3。

壓力管道輸水工程從汾河水庫取水隧洞起，至7號隧洞進口，全長43 km，采用預應力鋼筒混凝土管，沿線布置3座減壓閥室、9座檢修閥室、8個流量計井、67個排氣閥井、37個檢查井和40個排水閥井；管道沿線布置11個穿河段，穿過6條隧洞；線路末端與7號隧洞進口采用374 m的明流箱涵銜接。整個線路除末端箱涵外均為重力流壓力管道輸水，以3座減壓閥室為界，分為3個壓力區(qū)間。

2 管道設計過程

2.1 管線選擇

管線選擇需從輸水方式、地形、地質及交通運輸等多方面分析，經多方案選擇線路走向。管線選擇原則上是沿著地形布置，使線路最短，減少大的開挖和回填，盡量避開建筑物，避免地形大起伏，減少交叉，少轉彎，少占耕地良田，方便施工和維護管理，從而降低工程建設成本、運行成本。但各項工程在興建選線時都在選擇有利地形，不可能完全避開。有的線路地形會出現溝槽段，穿越河灘河床，遇見障礙物；有的地質條件不好，出現濕陷性黃土地基、砂礫石底層及不均勻地基。因此，應針對特殊情況進行特殊處理，使選線更加經濟合理。

萬家寨引黃聯(lián)接段工程管線設計采用4個方案從工程量、投資及管理方面加以比選從而確定最優(yōu)方案。經比選，管線最終選擇沿線穿越主河道11處，交公路4次，交古交輸水管線8次。為選擇有利地形，在起伏不大地段采用半開挖半回填；在與古交輸水管線相交時采取深挖，從供水管線下穿過；在杜交曲至鎮(zhèn)誠底大部分線路選擇靠近梭婁公路，以利用公路，便于施工與運輸，在與公路4處相交地段，選擇開挖公路，然后對公路進行復建。管線穿越主河槽段，要對地基加以處理，對管道進行保護。為了控制流量，減低水壓，減少水頭損失，沿線修建了相應建筑物。整個管線設計合理，沒有多余的開挖及回填，很好地兼顧了工程量和投資，縮短了工期，節(jié)省了投資。

2.2 管材選擇

輸水工程中，管道占投資比率較大，管材選擇不當會造成事故或增加資金投資。管材比選主要從技術經濟、方便施工、安全運行等方面綜合分析。

預應力鋼筋混凝土管（PCP）來源豐富，方便安裝，抗震強對地基要求低；但自重大，抗內壓外壓弱。內徑2000 mm以上的造價很高。

預應力鋼筒混凝土管（PCCP）具有強度高，抗?jié)B性強，抗內壓外壓強，較好的防腐性等優(yōu)點，但造價較高，直徑1200 mm的造價相對較低。

鋼管具有制作簡單，運輸安裝方便，強度高，韌性好等優(yōu)點，但造價高，易生銹腐蝕。在閥件連接及泵站進出水池等處均可制成各種折線型的鋼管。

玻璃鋼管（FRPM）材質輕，抗外壓弱，小管徑造價低，回填要求高，但有較強的抗腐蝕性，在一些腐蝕強的地段低工壓小管徑情況下是必選管材。

萬家寨引黃聯(lián)接段輸水工程輸水管線，因工程規(guī)模大、管線長，投資大，抗壓能力強，最終選用預應力鋼筒混凝土管（PCCP），特殊地段采用鋼管。

2.3 管徑設計

萬家寨引黃聯(lián)接段輸水工程從汾河水庫取水至呼延水廠，輸水管道采用PCCP管，設計流量20.5 m3/s，糙率0.0125，依據水力學計算和沿線地形條件，結合工程實際選出直徑2600 mm、直徑2800 mm和直徑3000 mm的管徑進行分析。分析發(fā)現，有的地段直徑2600 mm的PCCP管不滿足過流能力，而所有地段直徑2800 mm和直徑3000 mm的PCCP管均滿足過流能力，但直徑2800 mm的PCCP管沿程水頭損失大，故最終選擇直徑3000 mm的PCCP管。

2.4 管道埋設

管道埋設分為普通埋設和特殊埋設。普通埋設按一般回填工藝回填，并嚴格按照規(guī)范進行。特殊埋設時，應特別注意管道彎管段埋設要設計一定體量的支墩或者鎮(zhèn)墩來平衡管道的軸線拉力及摩擦力；穿河段埋設時應注意管道被洪水沖刷和浮起。不同管材沖刷深度不同，需根據實際情況詳細計算采取合理措施。

根據實際情況，引黃聯(lián)接段11處穿越汾河主河道，總長2.263 km，穿河段工程措施由三部分組成：進、出口斜坡段及水平段。進出口處布置有重力墩，重力墩上有排氣閥井，斜坡底部布置支墩，不同地段穿河段長度不同。通過計算沖刷深度及抗浮能力，在管道底部鋪設100 mm厚的砂子墊層和500 mm厚的干砌石，管頂1.0 m處鋪設1.2 m厚的鉛絲格柵石籠，其上鋪設4~8 m厚的回填料，并延河槽向上游、下游鋪設一定寬度。

3 結語

萬家寨引黃聯(lián)接段輸水工程從2003年10月26日正式投入運行，連續(xù)運行9年來，實現了全年12個月不間斷向太原市供水的設計目標，且未發(fā)生任何質量事故，工程質量經受住了考驗，實現了一次通水成功、長期穩(wěn)定運行的目標。