東山供水靈石縣域小水網(wǎng)供水管線設(shè)計

王鴻燕

（靈石縣水務局，山西 靈石 031300）

0 引言

靈石縣域總面積為1 206 km2，下轄6鄉(xiāng)6鎮(zhèn)，至2015年底，全縣總?cè)丝跒?7.0萬，其中城鎮(zhèn)人口為13.9萬，農(nóng)村人口為13.1萬。

山西省東山供水工程是山西大水網(wǎng)中的第五橫——晉中供水體系中晉中南部供水區(qū)主要工程之一，是全省統(tǒng)一規(guī)劃布局的重要組成部分。靈石東山供水縣域小水網(wǎng)供水工程，屬山西東山供水工程的配套工程，該工程的建設(shè)可確保東山供水工程供水效益盡快得到發(fā)揮，實現(xiàn)靈石經(jīng)濟發(fā)展由水瓶頸向水支撐的轉(zhuǎn)變，將極大地促進靈石縣經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。

1 管道設(shè)計

大水網(wǎng)東山供水工程給靈石縣供水為均勻供水，故管道流量不考慮加大設(shè)計流量，供水管線末端用水戶自建調(diào)蓄設(shè)施，解決用水高峰期等調(diào)節(jié)問題。

1.1 管材選擇

本工程為管道供水工程，管道特點是距離長、工壓大。管徑范圍在DN 250～DN 1000之間，工壓范圍在0.6～2.4 MPa之間。在工壓高的長距離輸水工程中使用較多的主要有鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）和玻璃鋼夾砂管（FRPM）等幾種管材，管材性能比選見表1。

比較可知，玻璃鋼管具有自重輕、糙率小、運行費用低、投資少等優(yōu)點，但其抗外壓性能較差、對地基及回填要求高，機械損傷幾率大，根據(jù)施工經(jīng)驗，在地質(zhì)與外界條件較好時，效果較好；根據(jù)本工程管道內(nèi)、外壓較高，埋設(shè)情況復雜的條件，使用玻璃鋼管不適合。

鋼管承受內(nèi)、外壓能力都將較強，能適應各種環(huán)境下的條件。但鋼管價格較高，且抗腐蝕能力差，須做內(nèi)外防腐。同時，根據(jù)對天然河道及地下水取樣化驗結(jié)果，河水及地下水對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性，如采用鋼管需進一步加強防腐處理，增加管材采購費用。

表1 管材性能比選表

球墨鑄鐵管具有較強的延伸率、剛度、抗拉強度，承受內(nèi)、外壓能力較強；球墨鑄鐵管內(nèi)襯水泥砂漿，外壁具防腐層，管材自身也具有較強的抗腐蝕能力；口徑較小時價格具有一定優(yōu)勢。

本工程管道口徑較小，均小于1 m，但承受工壓較大，沿線地形復雜，對管道抗外壓能力也有較高要求。因此，綜合以上各管道的特性，本階段設(shè)計推薦使用球墨鑄鐵管作為供水管道主要管材，在穿道路、河流等復雜環(huán)境管段及建筑物內(nèi)部設(shè)備連接等部位使用鋼管。

1.2 水力計算

管道管徑本階段根據(jù)供水流量、管道流速和水頭損失進行初步選擇。管道流速盡量控制在1.0～1.5 m/s之間。

本工程管道水力計算根據(jù)《室外給水設(shè)計規(guī)范》（GB 50013-2006）第7.2.2條的曼寧公式，進行沿程水頭損失計算，由于地形高低起伏、平面及豎向轉(zhuǎn)角較多，局部損失相對較大，局部水頭損失暫按10%的沿程水頭損失進行估算。

根據(jù)擬定的管材、管徑，采用下列公式計算水頭損失：

式中：hy——管路沿程水頭損失，m；

l——管長，m；

R——水力半徑；

v——斷面平均流速。聚義供水支線上的受水點，為兩渡泵站處和聚義焦化集團，年用水量分別為160萬m3和1 333萬m3。夏門供水支線上的受水點，為兩渡鎮(zhèn)三交河口、玉成村和夏門工業(yè)園，年用水量分別為100萬m3、157萬m3和343萬m3。

本次引水，從大水網(wǎng)東山供水大溝—兩渡供水管線末端受水點，該管線在DL-1號流量調(diào)節(jié)閥后設(shè)調(diào)節(jié)池，水位為871.5 m，從調(diào)節(jié)池到兩渡受水點，管道長度約為27.9 km，管徑DN 1000 mm。兩渡受水點地面高程714 m，故該處靜水頭為157.5 m，考慮水頭損失后富余水頭約為120 m，水力計算結(jié)果見表2。

1.3 管道穿越河段沖刷深度計算

本次計算河槽一般沖刷計算采用《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》（JTG C30-2015）推薦的非粘性土河床的有關(guān)公式和方法進行，該公式經(jīng)過驗證和實踐，可以滿足計算要求。

非粘性土河槽一般沖刷計算公式如下：

式中：hp——一般沖刷后的最大水深，m；

hcq——河槽平均水深，m；

hcm——河槽最大水深，m；

Bcg——河槽寬度，m；

表2 東山供水管道水力計算表

d——河槽泥沙平均粒徑，mm；

Q2——設(shè)計流量m3/s；

E——與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)，經(jīng)分析取0.86。

μ——側(cè)向壓縮系數(shù)；

Ad——單寬流量集中系數(shù)。

式中：Bz——造床流量下的河槽寬度，m；

Hz——河槽平均水深，m。

利用工程涉及范圍內(nèi)的鉆孔資料及土工試驗成果分析，確定沖刷計算參數(shù)，見表3。

表3 P=2%沖刷計算參數(shù)表

經(jīng)過計算管道穿越河道段河床沖刷深度見表4。由于管線沿河布設(shè)，沖刷深度取河道最大處。

1.4 管道鋪設(shè)

壓力管線所處地區(qū)，最大凍土深度為0.93 m。為保證輸水管線的安全，滿足其正常工作的要求，將輸水管線埋置于凍土深度以下，并且考慮管道多數(shù)均為沿河槽、河灘布置，根據(jù)沖刷計算成果最終確定管線的管頂覆土厚度，汾河河道段不小于3.3 m、其它河溝段不小于2.6 m。其中汾河穿主河槽段管頂以上1.5 m處鋪設(shè)厚1 m的鉛絲石籠，管中心上游側(cè)8 m，下游側(cè)15 m，下游側(cè)末端設(shè)漿砌石擋墻防止淘刷。順主河槽管道鋪設(shè)段若管溝坡頂距離汾河主河槽不足10 m，主河槽臨管道側(cè)邊坡設(shè)厚1 m的鉛絲石籠防護，坡頂鉛絲石籠水平段鋪設(shè)寬度為2.0 m。

輸水管線大部分隨地勢鋪設(shè)，管道基槽底寬為1.25～2.0 m，開挖邊坡1∶0.75～1∶1。土基段鋪設(shè)碎石墊層厚15 cm。管道鋪設(shè)完成后，管道四周要求回填細料土，管頂以上細料土厚度不小于1.0 m，之上可直接采用開挖土料回填。巖基段邊坡為1∶0.3，開挖找平厚鋪設(shè)碎石墊層厚30 cm。其余回填料要求同土基段。

表4 管道穿越段河道沖刷深度 單位：m

1.5 管道穿河段設(shè)計

在穿越河流時，可采用河底穿越和河面跨越兩種方式?？紤]到本工程跨越河流的管道管徑較大，且露天架空管道在冬天時節(jié)須考慮冰凍的可能性，本階段暫不考慮架空穿越河流的方案，而采用倒虹吸方式從河道穿越主河槽。

1.6 分水口下游管道及調(diào)蓄池布設(shè)

供水管線在規(guī)劃各用水戶位置時，只預留分水口和分水閥，自分水口至用水戶廠區(qū)的供水管道由用水戶自行建設(shè)完成。

按照《室外給水設(shè)計規(guī)范》（GB 50013-2006），采用單管輸水方式時，需要在供水管道末端設(shè)調(diào)蓄池，以保證管道發(fā)生事故時的供水要求，一般按7 d事故的供水量（70%）考慮調(diào)蓄池容量。

供水終端調(diào)蓄池由用戶根據(jù)自身生產(chǎn)生活用水調(diào)節(jié)情況自行修建。

2 附屬建筑物設(shè)計

為滿足供水管道的安全、控制、檢修和自動化管理，壓力管道沿線共設(shè)置1座加壓泵站、1座控制閥室、4座分水閥井、15座檢修閥室、12座流量計井、24座排水閥井和32座空氣閥井。

2.1 控制閥室

控制閥室設(shè)在兩渡加壓泵站前池進水管末端，閥室內(nèi)設(shè)活塞式調(diào)節(jié)閥，來控制閥后供水流量和消減多余水頭。

控制閥室下部采用矩形C 25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸為12 m×8 m，下部深為4.0 m，底板厚度為0.8 m，壁厚度為0.6 m；上部為磚混結(jié)構(gòu)，高度為7.1 m，磚墻厚0.37 m，屋面板為現(xiàn)澆C 25鋼筋混凝土，厚度0.2 m。閥室內(nèi)設(shè)有安裝檢修間平面尺寸為4 m×8 m，板厚0.15 m，支撐結(jié)構(gòu)采用梁柱，柱尺寸為0.4m×0.4m×3.2m，主梁尺寸為0.4m×0.6m×8.0m，次梁尺寸為0.4m×0.6m×4.0 m。室內(nèi)設(shè)5 t吊車梁一臺。

2.2 檢修閥室

根據(jù)線路運行的需要，在輸水管線上分段設(shè)置檢修閥室，使得任何一段出現(xiàn)故障時可保證及時排水，以便于在短時間內(nèi)修復，并盡可能減少棄水。

檢修閥室下部采用矩形C 25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸為5 m×6 m，下部深為5.0 m，底板厚度為0.8 m，壁厚度為0.6 m；上部為磚混結(jié)構(gòu)，高度為4 m，磚墻厚0.37 m，屋面板為現(xiàn)澆C 25鋼筋混凝土，厚度0.12 m，房頂設(shè)3.5 m×1.6 m吊物孔。

2.3 排氣閥井

為了滿足管道在運行之前充水和因故排空時的大量進氣、排氣要求，以及在正常運行中隨時排出管道內(nèi)的少量氣體，在管線上需按一定長度間隔設(shè)置進排氣閥。

排氣閥井設(shè)在管道（或鎮(zhèn)墩）頂部，矩形C 25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)平面尺寸為5 m×6 m，井深隨地形高程確定，管頂以上凈高不小于2 m，底板為管道全包圍結(jié)構(gòu)，最小厚度為0.3m，井口設(shè)鋼筋混凝土蓋板，厚0.2m。

2.4 排水閥井

為了在檢修時及時排出管道內(nèi)的積水，在管線的低凹處設(shè)排水閥，以便排除管內(nèi)沉積物或檢修時放空管道。排水井設(shè)閥門井和濕井，采用機械抽排。

排水閥井的干、濕兩個內(nèi)徑均為1.8 m×1.5 m，干井內(nèi)設(shè)排水閥門，濕井為排水管出口。排水井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，井壁厚0.3 m，井深隨地形高程確定。井口設(shè)鋼筋混凝土蓋板。

2.5 分水閥井

根據(jù)本工程的供水任務，在管道沿線受水點及管道末端留有分水閥井分水。

分水閥井為矩形C 25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸為3m×2m，井內(nèi)徑3.0m，井深隨地形高程確定，高度不小于3 m，底板厚度為0.5 m，井壁厚度為0.3m，井口設(shè)鋼筋混凝土蓋板，厚0.2m。

2.6 流量計井

每條輸水管線首、末分別設(shè)置2處流量計，以便適時測定管道內(nèi)的流量變化。每個安裝流量計的位置均設(shè)有流量計井，以便于運行管理。流量計井為矩形C 25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸為3 m×3 m，井深根據(jù)管道的埋深確定。底板厚度為0.5 m，井壁厚度為0.3 m，井口設(shè)鋼筋混凝土蓋板，厚0.2 m。

3 結(jié)語

根據(jù)《靈石縣國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》，靈石縣依據(jù)現(xiàn)有資源優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，按照園區(qū)引領(lǐng)、集聚發(fā)展原則，主動融入和積極對接“108廊帶”產(chǎn)業(yè)布局與功能定位，按照“一園多區(qū)”模式，拓展經(jīng)濟發(fā)展空間，大幅提升全縣產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展綜合能力。

水資源的缺乏直接影響到靈石縣聚義工業(yè)園區(qū)重點項目實施與投產(chǎn)運行，經(jīng)濟增長的速度加快，需要強大的水源后盾。東山供水工程將在2—3年內(nèi)竣工通水，能不能把水送到用水戶，關(guān)系到工程效益的充分發(fā)揮。靈石東山供水縣域小水網(wǎng)供水工程，是工程發(fā)揮效益的關(guān)鍵。