北京雁棲湖生態(tài)發(fā)展示范區(qū)供水工程輸水管線管材選擇

【摘要】本文通過對比各項(xiàng)參數(shù)，合理地選擇管材，使供水系統(tǒng)具有最佳“性價(jià)比”。隨后對輸水管道工程管線的材質(zhì)對比分析、水力計(jì)算以及四種工況下的壓力計(jì)算，確定管材的選擇。

【關(guān)鍵詞】生態(tài)；發(fā)展；輸水管

一、工程概況

北京雁棲湖生態(tài)發(fā)展示范區(qū)位于北京市懷柔區(qū)，規(guī)劃總用地2097.97公頃，是承擔(dān)首都國際交往職能、具有國際峰會舉辦能力的重要功能區(qū)，是高品質(zhì)的生態(tài)旅游和文化休閑勝地。本工程輸水管道9.5KM。

二、管線設(shè)計(jì)

2.1 管材選擇

結(jié)合目前國內(nèi)管材生產(chǎn)和工程運(yùn)行的實(shí)際情況，可選的管材包括鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、PCCP及PE管等，從連接密封性、水力性能、環(huán)境適應(yīng)性、施工特點(diǎn)、使用壽命及綜合單價(jià)等方面考慮，擬采用鋼管作為本工程的輸水干線管材。復(fù)合鋼管為新型管材，綜合了塑料輸水管和鋼管的有點(diǎn)，具有造價(jià)低、內(nèi)壁光滑、強(qiáng)度高、抗?jié)B強(qiáng)、密封性強(qiáng)和耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且還具有適應(yīng)復(fù)雜地形、抗震性能好、承壓能力強(qiáng)、重量較輕、運(yùn)輸方便、施工快捷等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)內(nèi)水泥沙漿、外環(huán)氧煤瀝青防腐鋼管比，雖然造價(jià)略高，但防腐性能得到了明顯加強(qiáng)，并有效減少現(xiàn)場防腐施工的時(shí)間，縮短施工工期。鑒于上述比較，本工程輸水干線將采用內(nèi)防腐為環(huán)氧樹脂、外防腐為聚乙烯的復(fù)合鋼管。

2.2 水力計(jì)算

新建輸水管線管徑分別為DN1000（約5.9Km）、DN900（2.0 Km）和DN700（1.6 Km）?？紤]到本工程管線彎頭較多，取15%作為局部水頭損失計(jì)算值。取復(fù)合鋼管糙率n=0.010。按照遠(yuǎn)期輸水規(guī)模，由水源地至雁棲水廠計(jì)算得總水頭損失55m，由水源地至興懷水廠計(jì)算得總水頭損失60m。經(jīng)分析，取水源地至興懷水廠，管線進(jìn)出口地形高差按23m計(jì)，水源井動水位按60m計(jì)，可知所需揚(yáng)程為143m，目前應(yīng)急水源工程水源井泵揚(yáng)程為160m，可以滿足輸水需要。

2.3 管道壓力

工作壓力Fwk為管道在正常工作狀態(tài)下，作用在管內(nèi)壁的最大持續(xù)水壓力。根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，各管段最大內(nèi)水壓力為管線起點(diǎn)，0.8MPa。設(shè)計(jì)壓力Fwd為管道系統(tǒng)工作中，作用于管內(nèi)壁的最大瞬時(shí)壓力，是管道持續(xù)工作壓力與水錘壓力之和。按照《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50332-2002）的規(guī)定，鋼管設(shè)計(jì)壓力Fwd為工作壓力+0.5且不小于0.9 MPa，故本工程管道設(shè)計(jì)壓力取1.3 MPa。

2.4 鋼管結(jié)構(gòu)計(jì)算

考慮鋼管長期運(yùn)行的銹蝕、磨損和制造上的允許誤差，管壁的設(shè)計(jì)厚度比計(jì)算厚度增加2mm。

（1）計(jì)算方法：管身的結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)《給排水水工程埋地鋼管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS 141：2002的要求，設(shè)計(jì)方法為極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。對管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算和剛度計(jì)算。

（2）工況及荷載組合：第一種工況：正常運(yùn)行；第二種工況：施工完畢未投入運(yùn)行；第三種工況：施工覆土后進(jìn)行水壓試驗(yàn)；第四種工況：運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)真空。其中第一、三種工況主要用于強(qiáng)度計(jì)算；第二種工況主要用于剛度計(jì)算；第四種工況主要用于穩(wěn)定計(jì)算。

（3）鋼管管道結(jié)構(gòu)計(jì)算成果如下（覆土厚度4.0米）：

DN1000鋼管（壁厚12mm）結(jié)構(gòu)計(jì)算成果：

強(qiáng)度計(jì)算：管壁最大環(huán)向應(yīng)力（N/mm2）設(shè)計(jì)值：209.48（允許值215）；管壁最大組合應(yīng)力（N/mm2）：設(shè)計(jì)值：201.95（允許值215）。穩(wěn)定計(jì)算：管壁截面的臨界壓力（N/mm2）：設(shè)計(jì)值：0.16（允許值0.34）。剛度計(jì)算：最大豎向變形（mm）：設(shè)計(jì)值：22.93（允許值30.18）

DN900鋼管（壁厚12mm）結(jié)構(gòu)計(jì)算成果：

強(qiáng)度計(jì)算：管壁最大環(huán)向應(yīng)力（N/mm2）設(shè)計(jì)值：199.28（允許值215）；管壁最大組合應(yīng)力（N/mm2）：設(shè)計(jì)值：192.73（允許值215）。穩(wěn)定計(jì)算：管壁截面的臨界壓力（N/mm2）：設(shè)計(jì)值：0.16（允許值0.39）。剛度計(jì)算：最大豎向變形（mm）：設(shè)計(jì)值：18.38（允許值27.18）

三、結(jié)論

由計(jì)算結(jié)果可知，本工程輸水干線可采用內(nèi)防腐為環(huán)氧樹脂、外防腐為聚乙烯的復(fù)合鋼管，DN1000/DN900鋼管管壁厚12mm，可以滿足覆土厚度及設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力1.3MPa的結(jié)構(gòu)要求。使用這種鋼管是經(jīng)濟(jì)、合理、安全的。

參考文獻(xiàn)：

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