長(zhǎng)距離供水工程重力輸水技術(shù)研究

薛昱潔

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心龍口管理站,山東 龍口265700）

現(xiàn)代供水工程建設(shè)水平持續(xù)提升,越來(lái)越多先進(jìn)的技術(shù)被使用到供水工程系統(tǒng)中,重力輸水技術(shù)在現(xiàn)代各類(lèi)供水工程中發(fā)揮的作用較為關(guān)鍵,使用率也相對(duì)比較高,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)供水安全以及供水質(zhì)量的保障。然而在實(shí)際的供水工程之中,施工單位必須要對(duì)建筑建設(shè)不規(guī)范以及投資成本過(guò)高的情況進(jìn)行克服,成功完成供水工程建設(shè)?，F(xiàn)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展水平還在不斷提高,但是由于受到了自然環(huán)境的影響,我國(guó)的水資源分布情況并不均勻,同時(shí)利益于技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)的大直徑長(zhǎng)距離輸水系統(tǒng)已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用,但是其中仍然有很多質(zhì)量要點(diǎn)需要我們進(jìn)行重點(diǎn)控制。本文依照對(duì)重力輸水技術(shù)的了解,探討其被運(yùn)用到長(zhǎng)距離類(lèi)供水工程中的具體情況。

1 項(xiàng)目概況

對(duì)于很多長(zhǎng)距離的輸水工程來(lái)說(shuō),鋼管的應(yīng)用可以起到良好的效果,其不僅僅有一定的延展性,同時(shí)也可以保證結(jié)構(gòu)上的整體性,在施工當(dāng)中較為便捷,所以可以在較多類(lèi)型的埋地施工當(dāng)中得到應(yīng)用, 同時(shí)鋼管也是管徑在10m 以上的輸水管道的首選材料,但是其應(yīng)用當(dāng)中非常容易出現(xiàn)一定的問(wèn)題,最為嚴(yán)重的就是材料的腐蝕問(wèn)題,其將會(huì)直接影響工程的使用壽命,所以對(duì)于施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)意義重大。某再生水供水工程起點(diǎn)為污水處理廠(chǎng),終點(diǎn)為礦區(qū)分水廠(chǎng),管道全長(zhǎng)43km。建設(shè)主要任務(wù)是解決大南湖礦區(qū)水資源供需矛盾,滿(mǎn)足各煤電化基地用水需求。供水工程主要解決多個(gè)電廠(chǎng)的工業(yè)用水, 年供水量1065 萬(wàn)m3, 工程規(guī)模為中型。管道起點(diǎn)高程為716m,末端高程為558m,首末端落差158m,全線(xiàn)采用重力輸水方式。工程區(qū)沿線(xiàn)地貌類(lèi)型由北向南包含有沖、洪積平原下部,剝蝕準(zhǔn)平原和剝蝕殘山等,主要為沖、洪積砂土、粉土、粉質(zhì)黏土及黏土。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g,對(duì)應(yīng)的地震烈度Ⅵ度。

2 選擇管材

對(duì)輸水管道的主要構(gòu)成材質(zhì)進(jìn)行選擇時(shí),需要依托工程的實(shí)際建設(shè)規(guī)模,分析管道所承擔(dān)的具體工作壓力,必須了解工程本身的建設(shè)價(jià)值、開(kāi)展進(jìn)度與輸水距離數(shù)值,在前期的工程調(diào)查環(huán)節(jié)中,必須掌握工程地質(zhì)、地貌與地形條件,全面展開(kāi)安全、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)等多個(gè)層面的分析以及論證工作。該工程以工程情況為準(zhǔn),選擇運(yùn)用了兩種類(lèi)型的管材, 分別是玻璃鋼管與涂塑復(fù)合型鋼管。其中的涂塑復(fù)合型鋼管具有極好承壓效果,可用的時(shí)間也很長(zhǎng),具備極高的運(yùn)行安全等級(jí),運(yùn)行成本不高,但是管道本身的價(jià)格比較高。玻璃鋼管的耐腐蝕性能相對(duì)比較強(qiáng),相比另外一種管道,其價(jià)格更低,能夠?qū)⒄w工程造價(jià)縮減,但是使用范圍比較小,可被運(yùn)用到中低壓供水條件下。在對(duì)種植耕地進(jìn)行穿越時(shí),運(yùn)用涂塑鋼管,對(duì)重工業(yè)園區(qū)進(jìn)行穿越時(shí),考慮到地形落差不大,因此首段約86m 處運(yùn)用玻璃鋼管,后續(xù)運(yùn)用涂塑鋼管。在自然環(huán)境當(dāng)中,鋼管非常容易出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題,不僅僅其內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)腐蝕,同時(shí)其外部也面臨著該問(wèn)題,所以無(wú)論是內(nèi)防腐還是外防腐,都是輸水鋼管施工當(dāng)中需要我們重視的問(wèn)題。但是其應(yīng)用年限較長(zhǎng),并且其檢修施工難度較大,加之工程有一定的隱蔽性,所以即使出現(xiàn)了腐蝕問(wèn)題也不容易及時(shí)發(fā)現(xiàn), 這就需要我們結(jié)合實(shí)際情況來(lái)做好防腐施工。

如果一個(gè)輸水鋼管沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行內(nèi)壁防腐施工, 在應(yīng)用一段時(shí)間后,就會(huì)在內(nèi)壁上出銹層、壁坑,在檢修過(guò)程當(dāng)中,其中會(huì)涌入大量的空氣,所以加快銹化過(guò)程,并且也會(huì)在一定程度上影響供水后的水質(zhì),并且隨著時(shí)間的推移,銹蝕問(wèn)題會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。在外部,多會(huì)應(yīng)用覆蓋層和涂料,但是如果其技術(shù)不過(guò)關(guān)或材料質(zhì)量存在總量,則會(huì)在一定程度上影響管道的使用質(zhì)量,同時(shí)現(xiàn)在應(yīng)用的補(bǔ)口技術(shù)也沒(méi)有得到很好的應(yīng)用,同時(shí)管道防腐層也會(huì)較早地出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,所以現(xiàn)在看來(lái),針對(duì)于鋼管施工當(dāng)中的防腐技術(shù)進(jìn)行探究就顯得非常重要。

3 輸水管道設(shè)計(jì)

局部水頭損失依據(jù)管道的鋪設(shè)情況, 可取到沿程水頭損失的5～10。結(jié)合本工程的具體情況,局部水頭損失取到沿程水頭損失的10。依據(jù)《城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管(渠) 道工程技術(shù)規(guī)程》CECS193-2005 壓力輸水管道的工稱(chēng)壓力應(yīng)根據(jù)最大使用壓力確定,其值應(yīng)為最大使用壓力加0.2～0.4MPa 安全余量,輸水管道的最大使用壓力應(yīng)經(jīng)過(guò)水錘計(jì)算決定。水錘防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)保證管道最大水錘壓力不超過(guò)1.3～1.5 倍最大工作壓力。故管材工稱(chēng)壓力的確定為:管材工作壓力-1.5×設(shè)計(jì)靜水壓力+0.2MPa。管溝開(kāi)挖深度大于挖掘機(jī)最大挖深時(shí),溝槽分層開(kāi)挖,開(kāi)挖斷面一側(cè)設(shè)置機(jī)械操作平臺(tái)。開(kāi)挖邊坡根據(jù)地層巖性確定,巖石段開(kāi)挖邊坡1:0.3,砂礫石、碎石土及黏土開(kāi)挖邊坡1:0.5。輸水管溝縱斷面設(shè)計(jì),首先滿(mǎn)足凍土深要求,盡量順原地形開(kāi)挖管溝,在局部凸起處進(jìn)行坡度調(diào)整,使管道平順。

4 應(yīng)用重力輸水技術(shù)設(shè)計(jì)管線(xiàn)的主要建筑物

4.1 交叉建筑物設(shè)計(jì)

管道沿線(xiàn)需要對(duì)河壩進(jìn)行穿越,樁體長(zhǎng)度是65m,河床的水面線(xiàn)實(shí)際寬度達(dá)到5m,管底下方深度為1.5m 的位置需實(shí)施換填施工,使用砂粒石料材料,形成混凝土墊塊,將砂礫石覆蓋到管頂上方,直到原本河床高程的位置,當(dāng)?shù)貎鐾辽疃炔荒艹^(guò)輸水管道的埋深。管線(xiàn)需穿越多處土路,同時(shí)還需穿越幾處公路。需要對(duì)土路進(jìn)行穿越時(shí),應(yīng)當(dāng)選擇開(kāi)挖管溝的方式,管道鋪設(shè)工作后展開(kāi),同時(shí)還應(yīng)使用鋼管套對(duì)管道加以保護(hù)。管線(xiàn)對(duì)柏油公路進(jìn)行穿越時(shí),此路段可采取頂管施工法。該管線(xiàn)還需對(duì)西氣東輸?shù)墓芫€(xiàn)進(jìn)行穿越,管道交叉角度為90°,可從西氣東輸管線(xiàn)系統(tǒng)的下方進(jìn)行通過(guò),針對(duì)交叉部位,對(duì)管道的凈空距離展開(kāi)控制,使其需在1.0m 以上,管道的中心線(xiàn)兩端一定范圍之內(nèi),需通過(guò)人工化的方式完成回填與開(kāi)挖工作,如果有管道需暴露在外,應(yīng)當(dāng)實(shí)施保護(hù),同時(shí)保護(hù)并行的光纜,結(jié)束施工后,將警示牌與管道交叉樁號(hào)設(shè)置管道的交叉部位,在管道的陡坡、拐彎以及分岔的位置建設(shè)鎮(zhèn)墩,其材料為混凝土材料,通過(guò)使用瀝青,實(shí)現(xiàn)防腐保護(hù),精準(zhǔn)控制鎮(zhèn)墩的結(jié)構(gòu)尺寸。

4.2 對(duì)放空閥井與閥井檢修

結(jié)合輸水管道施工技術(shù)相關(guān)要求,結(jié)合輸水管道的長(zhǎng)度信息,需合理地對(duì)檢修閥門(mén)展開(kāi)設(shè)計(jì),依照管道具體的鋪設(shè)狀況,完成閥門(mén)之間的距離的設(shè)置,也不能忽視可能會(huì)形成的各種事故,管道的具體強(qiáng)度, 出現(xiàn)事故之后, 進(jìn)行排水工作的難以程度, 可在5 到10km 的間隔距離進(jìn)行設(shè)置,本工程檢修閥的數(shù)量為9 座。將放空閥井設(shè)置到管道低洼部位,在此過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)考察管道被排空的情況下,是否存在泄水通道,防空閥井的設(shè)置數(shù)量也是9 座。

4.3 設(shè)計(jì)閘閥流量計(jì)井

此井主要是時(shí)對(duì)分水口的具體分水流量以及首端處的引水流量實(shí)施控制,在對(duì)流量展開(kāi)控制時(shí),主要對(duì)調(diào)節(jié)閘閥進(jìn)行使用,還需增設(shè)電磁流量計(jì),應(yīng)對(duì)閘閥的實(shí)際開(kāi)度加以控制,以此來(lái)保障閘閥能夠被正常有效地應(yīng)用,不會(huì)輕易有故障。

為確保流量計(jì)的流量傳感器在測(cè)量時(shí),管道中充滿(mǎn)水,不能出現(xiàn)非滿(mǎn)管狀態(tài),將管道布置為虹吸管,為保證測(cè)量的穩(wěn)定性,應(yīng)在傳感器的前后設(shè)置一定長(zhǎng)度的直管段。

4.4 設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)池

在污水處理廠(chǎng)外管道首端設(shè)置調(diào)節(jié)池, 本工程年供水量為1225 萬(wàn)rn3,根據(jù)《室外給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》,調(diào)節(jié)池容積按照最高日設(shè)計(jì)水量的10～20 確定, 供水天數(shù)按300d 計(jì)算, 日供水量為40833m3/d,則調(diào)節(jié)池容積確定為8000m3。新建的兩座4000 調(diào)節(jié)池采用并聯(lián)方式,調(diào)節(jié)池之間采用DN720(t=6mm)涂塑鋼管相連,連接管上設(shè)置蝶閥控制。4000m3 的調(diào)節(jié)池為方形池,為鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

4.5 控制水錘破壞性

長(zhǎng)距離重力輸水工程中, 水錘保護(hù)措施多樣, 包括超壓泄壓閥、緩沖排氣閥、箱式雙向調(diào)壓塔等。從超壓泄壓閥保護(hù)措施入手分析,由先導(dǎo)閥與主閥組成,當(dāng)管道壓力達(dá)到極限時(shí),閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟,以泄出流量方式減壓,壓力穩(wěn)定安全運(yùn)行的管道,閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。管道水錘壓力得以有效控制,但對(duì)斷流水錘負(fù)壓情況無(wú)法控制,且國(guó)內(nèi)的超壓泄壓閥都存在動(dòng)作滯后1-2s、拒動(dòng)作等問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)化發(fā)展的范圍逐漸延伸,水資源方面的矛盾也更加明顯,水資源顯現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)性、基礎(chǔ)性與稀缺性等特征。因此需要對(duì)再生水進(jìn)行合理運(yùn)用,同時(shí)也形成了長(zhǎng)距離輸水需求,本文依托實(shí)際供水工程項(xiàng)目,研究了長(zhǎng)距離條件下,應(yīng)如何在供水工程設(shè)計(jì)中,運(yùn)用重力輸水技術(shù),主要分析了基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)。施工單位在具體建設(shè)活動(dòng)中不僅要對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)加以把握,同時(shí)還要運(yùn)用一定的安全措施,完成運(yùn)行管理工作,保障供水工程可成功進(jìn)行。