管線工程調(diào)壓設(shè)施比選

劉海波

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊市830000）

管線工程調(diào)壓設(shè)施比選

劉海波

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊市830000）

新疆JKSS管線工程通過(guò)在輸水管線上布置調(diào)壓設(shè)施來(lái)減小輸水管線承受的水壓力并對(duì)輸水管道進(jìn)行水錘防護(hù)，為確保防護(hù)效果，對(duì)調(diào)壓設(shè)施進(jìn)行確定。通過(guò)工程布置、施工條件、工程管理及投資多方面對(duì)調(diào)壓設(shè)施進(jìn)行型式分析比選，推薦采用鋼筋混凝土箱型水池，可有效解決工程中水位高差大、管內(nèi)壓較大及水錘的問(wèn)題，對(duì)工程建設(shè)起到顯著作用。

管線工程；穩(wěn)壓水池；調(diào)壓水池；調(diào)壓塔；水錘防護(hù)

0 前言

新疆JKSS管線工程承擔(dān)跨流域輸水任務(wù)，線路總長(zhǎng)182.52 km，建筑物組成見(jiàn)圖1。本工程首部水庫(kù)取水口正常水位與管道末端水位高差近131.5 m，輸水管道管材大部分采用PCCP管,根據(jù)一般工程經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)壓超過(guò)80 m水柱時(shí)，PCCP管道接頭，閥門(mén)連接，管件連接等處易出現(xiàn)故障，且影響管道整體安全。依據(jù)水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算分析，根據(jù)結(jié)果結(jié)合輸水管線布置及地形地質(zhì)條件，在整個(gè)輸水管線上布置了穩(wěn)壓（調(diào)壓）水池和調(diào)壓塔（調(diào)壓井）等設(shè)施來(lái)減小輸水管線承受的水壓力并且對(duì)輸水管道進(jìn)行水錘防護(hù)[3]。其具體布置位置詳見(jiàn)表1。

由于調(diào)壓設(shè)施的型式選擇對(duì)于工程的經(jīng)濟(jì)效益及運(yùn)行安全起到關(guān)鍵性因素，故這里從工程布置、施工條件、工程管理及投資方面對(duì)調(diào)壓設(shè)施的型式進(jìn)行比選。

1 調(diào)壓塔型式選擇

根據(jù)水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算分析結(jié)果，本階段調(diào)壓塔型式初步選定普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）與箱式雙向調(diào)壓塔進(jìn)行比較。

（1）普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）

普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）構(gòu)造簡(jiǎn)單，為一開(kāi)口的水池—大水柱，裝設(shè)與輸水干管上易于發(fā)生水柱分離的高點(diǎn)或折點(diǎn)處，當(dāng)發(fā)生突然事故停泵時(shí)，它能向管路中補(bǔ)充水，以防止水柱分離，可有效地消減斷流彌合水錘升壓。當(dāng)管路中水錘壓力升高時(shí)，高壓水流進(jìn)入調(diào)壓塔中，從而起到緩沖水錘升壓的作用。

目前，調(diào)壓井的型式較多，主要有簡(jiǎn)單式調(diào)壓井、阻抗式調(diào)壓井、水室式調(diào)壓井、溢流式調(diào)壓井、差動(dòng)式調(diào)壓井和氣墊式調(diào)壓井。

依據(jù)本工程地形及地質(zhì)條件，結(jié)合輸水方式，普通調(diào)壓塔初步選定采用阻抗式調(diào)壓塔。

根據(jù)輸水管道水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算分析結(jié)果，為確保工程安全，除XTJ穩(wěn)壓水池和GET調(diào)壓水池外，還需在以下位置處設(shè)置附加調(diào)壓設(shè)施。普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）各樁號(hào)特征值如下表2所示。

圖1 線路總體布置圖

表1 穩(wěn)壓（調(diào)壓）水池和調(diào)壓塔（調(diào)壓井）規(guī)格表

根據(jù)表2水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算結(jié)果提供的普通雙向調(diào)壓塔樁號(hào)位置，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)地形，上表中所列6處樁號(hào)附近均為地形較平坦開(kāi)闊的戈壁，基礎(chǔ)為第四系上更新統(tǒng)～全新統(tǒng)沖洪積含土砂卵礫石層，地基承載力較低。下表3為普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）基礎(chǔ)應(yīng)力值表。

表2 普通雙向調(diào)壓塔特征值

表3 普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）基礎(chǔ)應(yīng)力值表

從表3可以看出，除97+000樁號(hào)位置處普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）地基應(yīng)力小于地基允許承載力外，其余各處地基應(yīng)力均大于地基允許承載力外。本工程場(chǎng)址處50年超越概率10%的動(dòng)峰值加速度為0.2 g，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度。依據(jù)規(guī)范普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）為輸水管道附屬建筑物，為2級(jí)建筑物。經(jīng)計(jì)算，在地震工況下，97+000樁號(hào)處普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc為0.84，小于規(guī)范允許值1.05。

綜合考慮以上因素，依據(jù)水力過(guò)渡計(jì)算過(guò)程布置的調(diào)壓塔不能采用普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）。

（2）箱式雙向調(diào)壓塔

箱式雙向調(diào)壓塔是壓力輸水管道水錘防護(hù)的一種措施，近年來(lái)，在水利、城鎮(zhèn)、企業(yè)供水和水力發(fā)電系統(tǒng)，都有應(yīng)用。在工程技術(shù)及理論研究領(lǐng)域，箱式雙向調(diào)壓塔被認(rèn)為是水錘防護(hù)比較好的措施，無(wú)論是斷流水錘、非斷流水錘、直接還是間接水錘，箱式雙向調(diào)壓塔都具有較好防護(hù)效果[4-5]。

箱式雙向調(diào)壓塔塔高僅4 m～7 m，采用上下不等面積活塞增壓原理，使活塞上部面積乘其水深等于活塞下部面積乘以管道最大壓力之積，達(dá)到活塞的動(dòng)態(tài)平衡，保證管道發(fā)生意外水錘時(shí)，只要壓力升高大于正常運(yùn)行最大設(shè)計(jì)水壓，活塞下部的作用合力大于活塞上部的作用合力，活塞上移，打開(kāi)泄水口，使管道超高壓力得以釋放，從而保護(hù)管道安全，當(dāng)管道因突然停泵或開(kāi)閥等水錘原因使管道壓力降至低于箱內(nèi)水深或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，塔內(nèi)水則向管道內(nèi)流動(dòng)，預(yù)防或消除管道斷流現(xiàn)象，消減斷流彌合水錘[1-2]。由此可見(jiàn)，箱式雙向調(diào)壓塔具有普通雙向調(diào)壓塔的功能，其高度可大幅度降低，其降低值可根據(jù)具體情況適當(dāng)擴(kuò)大活塞上部面積即可。

表4 調(diào)壓水池型式比選表

通過(guò)對(duì)普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）和箱式雙向調(diào)壓塔方案的比較可以看出，工程布置、施工條件及工程管理方面，箱式雙向調(diào)壓塔都較普通雙向調(diào)壓井具有一定的優(yōu)勢(shì)，水錘防護(hù)效果好，體積較小，占地少，布置靈活，且投資也較省，但管理維護(hù)相對(duì)困難。普通雙向調(diào)壓塔造價(jià)昂貴，冬季還需要加熱防凍，而與工程環(huán)境協(xié)調(diào)性差，還可能因地震等自然災(zāi)害倒塌，造成工程事故。而箱式雙向調(diào)壓塔隱蔽性好，與工程環(huán)境協(xié)調(diào)性較好，可直接設(shè)于閥門(mén)井內(nèi)，完全不銹鋼閥芯制造，加上每年必須人為動(dòng)作一次及安全要求，具有基本等同于普通調(diào)壓塔的安全可靠性。當(dāng)設(shè)置普通雙向調(diào)壓塔（調(diào)壓井）時(shí)，其基礎(chǔ)應(yīng)力大于地基允許承載力或在地震工況下，其抗滑安全系數(shù)小于規(guī)范允許值。綜合以上分析，結(jié)合輸水管道水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算分析結(jié)果，除XTJ穩(wěn)壓水池和GET調(diào)壓水池外，須額外增設(shè)的6處附加調(diào)壓設(shè)施推薦采用箱式雙向調(diào)壓塔。

2 穩(wěn)壓（調(diào)壓）水池型式選擇

根據(jù)水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算分析結(jié)果，本階段穩(wěn)壓（調(diào)壓）水池初步選擇土工膜斜墻砂礫壩穩(wěn)壓（調(diào)壓）水池和鋼筋混凝土箱型穩(wěn)壓（調(diào)壓）水池進(jìn)行比較。

XTJ穩(wěn)壓水池型式比較時(shí)分別從地形地質(zhì)條件、布置形式、施工條件、運(yùn)行管理?xiàng)l件等方面進(jìn)行比較，具體比選內(nèi)容詳見(jiàn)下表4。

通過(guò)地形地質(zhì)條件、工程布置、施工條件、運(yùn)行管理比較，鋼筋混凝土箱型調(diào)壓水池方案具有施工簡(jiǎn)單，占地少，運(yùn)行管理方便可靠、運(yùn)行費(fèi)用較低的優(yōu)點(diǎn)。且該方案由于采用池頂加蓋及覆土工程措施，保證了調(diào)節(jié)池冬季的正常使用，避免了夏季暴雨、山洪、風(fēng)沙對(duì)水質(zhì)的污染，基本無(wú)蒸發(fā)損失，因此經(jīng)綜合比較分析，XTJ出口穩(wěn)壓水池推薦鋼筋混凝土箱型水池方案。

GET調(diào)壓水池型式比選同XTJ出口穩(wěn)壓水池，均推薦采用鋼筋混凝土箱型水池。

3 結(jié)語(yǔ)

本管線工程結(jié)合水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算分析結(jié)果，采取全線布置穩(wěn)壓（調(diào)壓）水池和調(diào)壓塔（調(diào)壓井）等設(shè)施來(lái)減小輸水管線承受的水壓力并且對(duì)輸水管道進(jìn)行水錘防護(hù)，通過(guò)比選確定了調(diào)壓塔采用箱式雙向調(diào)壓塔，水池采用鋼筋混凝土箱式水池的型式。調(diào)壓設(shè)施在考慮地形地質(zhì)條件、工程布置、施工條件、運(yùn)行管理方面等多方面因素進(jìn)行合理布置選擇，同時(shí)有效解決工程中水位高差大，管內(nèi)壓較大及水錘的影響，對(duì)工程建設(shè)起到顯著作用。

[1]楊玉思，閆明.消減斷流彌合水錘及氣囊運(yùn)動(dòng)升壓的最佳方式[J].中國(guó)給水排水，2006，04

[2]高學(xué)貞.長(zhǎng)距離較平坦輸水管道采用箱式雙向調(diào)壓塔等防護(hù)措施的研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2008

[3]侯波.白楊河引水工程輸水管道工程中箱式雙向調(diào)壓塔的應(yīng)用[B].陜西水利，2014.

[4]高鳳，王鶴，張博.箱式雙向調(diào)壓塔在長(zhǎng)距離壓力流輸水系統(tǒng)中的水錘防護(hù)研究[B]，凈水技術(shù)，2014.

[5]楊玉思，徐艷艷，羨巨智.長(zhǎng)距離高揚(yáng)程多起伏輸水管道水錘防護(hù)的研究[J].給水排水，2009，35(4)．

TE832

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1673-9000（2017）04-0132-02

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劉海波（1988-），男，新疆烏魯木齊市人，助理工程師，本科生，主要從事工作：水利工程設(shè)計(jì)。