長(zhǎng)距離輸水管道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)歸納總結(jié)

□李 朋

近年來，為優(yōu)化我國(guó)水資源供給，破解水資源配置與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求不相適應(yīng)的矛盾，國(guó)家大力推進(jìn)大水網(wǎng)工程建設(shè)。同時(shí)隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，為提高農(nóng)村飲水安全，全國(guó)各地積極開展農(nóng)村供水保障體系建設(shè)。無論是國(guó)家大水網(wǎng)工程還是農(nóng)村供水保障體系建設(shè)，輸水管道工程是工程建設(shè)的重要組成部分?，F(xiàn)結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過梳理工程實(shí)例在各設(shè)計(jì)階段中的經(jīng)驗(yàn)及存在的問題，從輸水線路布置、建筑物布置、管道壓力流量調(diào)節(jié)、管道管材管徑設(shè)計(jì)、穿越工程設(shè)計(jì)以及管道安全監(jiān)測(cè)、水壓試驗(yàn)等多個(gè)方面，對(duì)長(zhǎng)距離輸水管道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，為類似工程設(shè)計(jì)與建設(shè)提供參考。

1.輸水線路布置

線路布置的確定是輸水管道工程在前期設(shè)計(jì)階段主要工作之一。長(zhǎng)距離輸水管道工程線路布置具有空間跨度大、影響范圍廣、制約因素多等特點(diǎn)，因此，為確保輸水線路布置的合理性及可實(shí)施性，前期設(shè)計(jì)階段應(yīng)重視對(duì)輸水線路的選址、選線工作，在詳細(xì)查勘調(diào)研的基礎(chǔ)上，充分考慮工程的影響、制約因素，經(jīng)綜合比選確定輸水線路布置。

1.1 強(qiáng)化與國(guó)土空間規(guī)劃對(duì)接

在確定取水水源及受水目標(biāo)后，即可開展總體線路規(guī)劃布置。在以往工程前期設(shè)計(jì)階段，往往主要是從技術(shù)角度出發(fā)，考慮地形、地質(zhì)、施工工期、工程投資等因素的影響，進(jìn)行線路布置。近年來隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展，各地區(qū)逐漸出臺(tái)了國(guó)土空間規(guī)劃，對(duì)城鄉(xiāng)空間布局日益重視。因此，在前期設(shè)計(jì)階段，應(yīng)與工程所在地規(guī)劃部門充分對(duì)接，通過調(diào)整優(yōu)化管線布置滿足當(dāng)?shù)乜臻g總體規(guī)劃，特別是穿越規(guī)劃園區(qū)、規(guī)劃路網(wǎng)、環(huán)境敏感區(qū)時(shí)，管線布置應(yīng)由規(guī)劃部門結(jié)合國(guó)土空間布局統(tǒng)一規(guī)劃確定。在此基礎(chǔ)上，由規(guī)劃部門確認(rèn)輸水線路并出具選址意見。這樣可有效提高后期設(shè)計(jì)工作效率，避免因線路布置不合理導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案返工。

1.2 統(tǒng)籌考慮現(xiàn)狀地貌及現(xiàn)有障礙物影響

輸水線路應(yīng)在深入進(jìn)行實(shí)地踏勘和線路方案比選優(yōu)化后確定。設(shè)計(jì)階段應(yīng)在實(shí)地踏勘的基礎(chǔ)上，充分利用實(shí)測(cè)地形圖、無人機(jī)航拍以及地質(zhì)勘察成果，詳細(xì)了解工程區(qū)地形地貌、地上及地下建（構(gòu)）筑物、各類管線等其他障礙物。根據(jù)工程區(qū)地形地貌及各類既有建筑物、管線分布情況，統(tǒng)籌布置輸水線路，一般可沿現(xiàn)有（規(guī)劃）道路、河道方向布置。需要注意的是，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)有道路兩側(cè)往往布有高壓線塔（桿）、燃?xì)獾雀黝惞芫€，沿現(xiàn)有道路布置輸水管線時(shí)，應(yīng)充分考慮與現(xiàn)有高壓線塔（桿）、管線的空間距離要求。

1.3 注重局部線路優(yōu)化設(shè)計(jì)

在完成總體線路布局后，應(yīng)注重局部線路優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免后期因局部線路布置不合理導(dǎo)致工程變更。例如，利用實(shí)測(cè)地形圖，充分了解線路兩側(cè)地形地貌，避免線路緊鄰河渠坑塘邊緣，以防影響管道運(yùn)行安全及增加施工難度；考慮到征遷難度影響，輸水線路應(yīng)合理躲避集中成片墳地、景觀植被等，盡可能降低工程征遷實(shí)施難度。

2.建（構(gòu)）筑物布置

輸水管道工程建（構(gòu)）筑物主要包括泵站、井室、分水口、調(diào)壓調(diào)流設(shè)施等。在工程前期設(shè)計(jì)階段，建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足工程技術(shù)要求外，還應(yīng)注重考慮工程占地、工程運(yùn)行管理的需求。

涉及到永久占地的建（構(gòu)）筑物，前期設(shè)計(jì)階段應(yīng)與國(guó)土部門對(duì)接，在滿足工程總體布置要求的前提下，盡量布置在非基本農(nóng)田區(qū)域，避免因土地預(yù)審、土地組卷等存在問題而導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案的變動(dòng)。

為優(yōu)化工程占地，應(yīng)合理布置各井室位置。在滿足工程布置要求的前提下，為減少井室布置對(duì)現(xiàn)有農(nóng)田的影響，同時(shí)便于運(yùn)行管理，應(yīng)盡量將井室布置在道路兩側(cè)。距離較近的井室，可以考慮合并布置。根據(jù)閥井布置原則，檢修井附近一般同時(shí)設(shè)置排氣井，為節(jié)約工程占地，同時(shí)便于工程運(yùn)行管理，可將緊鄰的檢修井、排氣井合并設(shè)置為檢修排氣井。為滿足管道檢修時(shí)排空管道內(nèi)水的要求，根據(jù)輸水管道縱斷面布置確定管線排水分區(qū)，每隔一定距離設(shè)置泄水井。泄水井位置的選擇應(yīng)考慮排水出路問題，尤其是大管徑及排水分區(qū)較長(zhǎng)的管線，排水量較大，泄水井的位置應(yīng)根據(jù)地形地貌條件，盡量布置在現(xiàn)有河渠附近。

根據(jù)工程對(duì)不同工況的運(yùn)行需要，往往需要在管線末端布置調(diào)壓調(diào)流設(shè)施（一般設(shè)置調(diào)流閥）。以往工程多采用設(shè)置獨(dú)立調(diào)流閥站的方案，同時(shí)配置電氣、管理用房，管理調(diào)流閥站的運(yùn)行。由于輸水管線末端一般對(duì)接水廠，在管理模式允許的情況下，可通過工程對(duì)接，將末端調(diào)流閥設(shè)置在水廠廠區(qū)內(nèi)，電氣設(shè)備與水廠配電室結(jié)合布置，可以充分節(jié)約利用土地、減少工程投資，同時(shí)提高工程管理效率。

3.管道壓力流量調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)距離輸水管道工程一般線路長(zhǎng)、支線多，運(yùn)行工況復(fù)雜，管道內(nèi)水壓力變化較大，是影響管道安全運(yùn)行的主要因素。管道壓力流量調(diào)節(jié)是長(zhǎng)距離輸水管道工程設(shè)計(jì)的重要課題。

前期設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)地形高差條件，選擇有壓重力輸水、泵站加壓輸水以及重力和加壓組合輸水方式。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)供水管線布置、管道管徑、管材、閥件組成及排氣閥設(shè)置等參數(shù)，對(duì)不同輸水流量、不同位置分水口閥門關(guān)閉和開啟等多種運(yùn)行工況下的管道內(nèi)水力過渡過程進(jìn)行模擬計(jì)算，研究確定管道壓力流量調(diào)節(jié)方案。壓力調(diào)節(jié)及水錘防護(hù)方案一般根據(jù)壓力調(diào)節(jié)范圍、水錘壓力大小等因素，可采用單獨(dú)設(shè)置調(diào)壓塔、調(diào)流閥、排氣閥以及相互組合設(shè)置等方案。適宜的管道壓力流量調(diào)節(jié)方案可實(shí)現(xiàn)管材壓力選擇與流量調(diào)節(jié)時(shí)間的協(xié)調(diào)，保證工程安全，降低工程投資。

在管線分水口及末端設(shè)置調(diào)流閥是調(diào)節(jié)壓力流量較為常用的方法之一。在工程運(yùn)行中根據(jù)運(yùn)行要求或用戶用水量的變化對(duì)輸水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制分水流量和壓力水頭；當(dāng)輸水系統(tǒng)在低于管道設(shè)計(jì)輸水流量下運(yùn)行時(shí)，消減系統(tǒng)產(chǎn)生的富余能量；輸水管道停水時(shí)，緩慢關(guān)閉調(diào)流閥，有效控制和降低系統(tǒng)水錘壓力。同時(shí)對(duì)于大管徑輸水管道，調(diào)流閥宜采用多管并聯(lián)布置，設(shè)計(jì)工況下同時(shí)工作，運(yùn)行初期和事故工況互為備用?？纱蟠罂s短調(diào)流閥全行程有效關(guān)閉時(shí)間，使管線調(diào)度的安全性和靈活性大大增加，降低了電動(dòng)執(zhí)行器設(shè)計(jì)制造難度，方便了工程運(yùn)行調(diào)度。

對(duì)于距離較長(zhǎng)、沿線分水口較多、運(yùn)行工況復(fù)雜且工程重要性較高的輸水管道工程，結(jié)合水力過渡過程模擬計(jì)算結(jié)果，可在管道中間考慮設(shè)置調(diào)壓塔，用于消減水錘壓力。調(diào)壓塔設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)重點(diǎn)研究解決大體積混凝土施工溫度控制、筒身高比例開孔率下的結(jié)構(gòu)計(jì)算、筒身主體結(jié)構(gòu)與外形結(jié)構(gòu)后期施工變形協(xié)調(diào)等問題。根據(jù)已建工程運(yùn)行效果，建成后的調(diào)壓塔滿足了水錘防護(hù)的要求，同時(shí)調(diào)壓塔外形可結(jié)合工程所在地人文歷史特點(diǎn)，進(jìn)行仿古等個(gè)性化設(shè)計(jì)，建成后成為當(dāng)?shù)氐牡貥?biāo)建筑物。

4.長(zhǎng)距離輸水管材、管徑設(shè)計(jì)

對(duì)于長(zhǎng)距離輸水工程，工程主體是管道，因此對(duì)管材、管徑的選擇是影響工程造價(jià)和工程運(yùn)行效果的主要因素。根據(jù)工程輸水流量大小、地勢(shì)起伏變化情況，同時(shí)考慮內(nèi)壓、過流能力、施工條件等對(duì)管材、管徑的影響，經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，合理確定管材、管徑等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

根據(jù)供水目標(biāo)的需求，長(zhǎng)距離輸水工程一般在沿線設(shè)置多個(gè)分水口，分水口下游管道流量逐級(jí)減小。以分水口為節(jié)點(diǎn)，可將整體輸水線路分成多個(gè)分區(qū)。根據(jù)各分區(qū)輸水模式、設(shè)計(jì)流量的不同，可選擇預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管、鋼管以及PE 管等管材。根據(jù)各分區(qū)流量的不同，按照經(jīng)濟(jì)流速（重力自流段）或最小費(fèi)用年值法（泵站加壓段）確定各分區(qū)管道條數(shù)及管徑。多種管材、管徑和管道條數(shù)的設(shè)計(jì)，在滿足工程輸水要求的前提下，可節(jié)省工程投資。

長(zhǎng)距離輸水管道工程根據(jù)各分區(qū)流量不同往往選擇不同的管材，同時(shí)非開挖穿越工程段管材與開挖段管材亦不同。合理確定管材之間的接口方式，是確保管道長(zhǎng)期運(yùn)行過程中密封不漏水的前提。PCCP 管道采用雙密封膠圈接口，滿足單接口打壓進(jìn)行密封試驗(yàn)的要求；球墨鑄鐵管采用T 形承插式膠圈接口及自錨式接口；鋼管采用焊接接口；閥門相接處采用法蘭接口；鋼管與PCCP 管道、DIP 管道的連接使用專用連接管件。

一般管道采用明挖式施工，開挖斷面采用梯形斷面，為滿足管道安裝和管溝回填要求，根據(jù)管徑選擇不同的基槽開挖寬度。管道埋深除滿足抗凍、抗沖、車輛荷載及上部耕種要求外，同時(shí)滿足檢修或施工后期尚未通水階段的抗浮要求。對(duì)轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎角度小于5°的，可采取小角度借轉(zhuǎn)方式；轉(zhuǎn)彎角度大于5°小于10°的，可采用彎頭兩端焊接直鋼管滿足穩(wěn)定要求；轉(zhuǎn)彎角度大于10°時(shí)，應(yīng)采用加設(shè)支墩方式滿足抗滑穩(wěn)定要求。DIP 管段可充分利用管道自身特點(diǎn)，采用管節(jié)自錨與鎮(zhèn)墩相結(jié)合的轉(zhuǎn)點(diǎn)止推方案，保證安全性，提高了工程的經(jīng)濟(jì)性。

5.穿越工程設(shè)計(jì)

長(zhǎng)距離輸水管道工程線路長(zhǎng)、范圍廣，往往不可避免需穿越鐵路、公路、河渠及各類線纜等。無論是施工工期還是工程質(zhì)量控制，穿越工程是輸水管道工程的重要節(jié)點(diǎn)工程。

穿越工程設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮穿越對(duì)象對(duì)輸水管線穿越的角度、埋深、穿越方式等要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后選擇適宜可行的穿越方案。盡量避免因穿越對(duì)象主管部門對(duì)穿越方案提出的審批意見與擬定的穿越方案不同而導(dǎo)致方案的返工。

穿越方式一般可采用開挖直埋、頂管、定向鉆等方式。當(dāng)采用頂管或定向鉆等非開挖穿越方式時(shí)，應(yīng)注重對(duì)穿越區(qū)域及周邊地區(qū)地下各類電纜、油氣管線等既有設(shè)施的調(diào)查，詳細(xì)掌握現(xiàn)有管線的走向、埋深、管徑及壓力等級(jí)等主要參數(shù)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，以安全空間凈距為前提，對(duì)新建輸水管道進(jìn)行平面、縱斷面布置，確保輸水管線施工、運(yùn)行安全。

頂管穿越工程應(yīng)在充分摸清水文地質(zhì)條件前提下，加強(qiáng)工作（接收）井結(jié)構(gòu)及防滲設(shè)計(jì)，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)安全合理。定向鉆穿越工程應(yīng)著重研究鉆孔軌跡范圍內(nèi)的地層地質(zhì)條件變化情況，準(zhǔn)確評(píng)估定向鉆施工的難易程度，同時(shí)，定向鉆上下游管線應(yīng)盡量布置一定長(zhǎng)度的直線段，以滿足定向鉆管道連接、回拖施工場(chǎng)地要求。

當(dāng)一般管段采用球墨鑄鐵管時(shí)，開挖穿越一般公路建議采用頂管用球墨鑄鐵管，這樣既能提高管材承壓性能，又不影響與上下游球墨鑄鐵管的承插連接，保證了穿越段管材與穿越段上下游管材一致，避免不同管材之間的接頭轉(zhuǎn)換。

6.管道安全監(jiān)測(cè)

長(zhǎng)距離管道輸水工程往往是受水區(qū)重要的水源干線工程，工程服務(wù)對(duì)象廣、重要性高，管道運(yùn)行是否安全可靠非常關(guān)鍵。工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)合理開展管道安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，根據(jù)工程運(yùn)行的需要，在管道起點(diǎn)、分水口處、管線末端等位置布設(shè)流量計(jì)、壓力變送器等管道監(jiān)測(cè)設(shè)施。近年來已成熟運(yùn)用的無線智慧安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備、太陽能供電設(shè)備和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸設(shè)備等。

工程采用無線智慧安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行狀態(tài)，能夠保證長(zhǎng)距離輸水管道的安全運(yùn)行并及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故和故障，為管線的安全運(yùn)行和日常維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持，提高了監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

7.管道水壓試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，壓力管道水壓試驗(yàn)的管段長(zhǎng)度不宜大于1.0 km。根據(jù)以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于長(zhǎng)距離輸水管道，分段水壓試驗(yàn)長(zhǎng)度較短，導(dǎo)致分段數(shù)量巨大，靠背和堵頭的制作及安裝、管道合攏的工作量也很大，尤其在大口徑管道中，因水壓試驗(yàn)引起工期大幅延長(zhǎng)和費(fèi)用的增加。

管道水壓試驗(yàn)一般按《長(zhǎng)距離輸水管道整體水壓試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》（DB13∕T2718-2018）執(zhí)行。試驗(yàn)后背可選用混凝土墩墻、混凝土預(yù)制塊、鋼（木）樁或管線上的閥井，后背強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足試驗(yàn)壓力要求，其中，穩(wěn)定安全系數(shù)取1.2～1.4。當(dāng)閥門作為試驗(yàn)段封堵板時(shí)，閥門應(yīng)通過密封性和強(qiáng)度試驗(yàn)，且試驗(yàn)壓力不低于閥門位置處的管道試驗(yàn)壓力。

長(zhǎng)距離輸水管道工程根據(jù)線路平面、縱斷面布置，沿程5 km～10 km 左右設(shè)置一座檢修井。水壓試驗(yàn)時(shí)，考慮到管道縱坡一般較緩，檢修閥門井設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)考慮水壓試驗(yàn)壓力下的抗滑問題，因此水壓試驗(yàn)分段一般可結(jié)合檢修井，以上下游檢修閥為堵板，依靠檢修井為靠背，分段長(zhǎng)度為5 km～10 km 左右。按照全段充水、分段打壓的實(shí)驗(yàn)方案，可大大加快試驗(yàn)進(jìn)度，減少合攏管數(shù)量，同時(shí)檢驗(yàn)工程質(zhì)量，降低了工程投資。

8.結(jié)語

長(zhǎng)距離輸水管道工程受地形地貌、地質(zhì)條件變化及沿線穿越河渠、道路等因素的影響較大，同時(shí)管道線路長(zhǎng)、分水口多、運(yùn)行工況復(fù)雜，在工程設(shè)計(jì)中考慮的因素較多。

本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從輸水線路布置、建筑物布置、管道壓力流量調(diào)節(jié)、管道管材管徑設(shè)計(jì)、穿越工程設(shè)計(jì)以及管道安全監(jiān)測(cè)、水壓試驗(yàn)等多個(gè)方面，對(duì)長(zhǎng)距離輸水管道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)，可為類似工程設(shè)計(jì)與建設(shè)提供借鑒?！?/p>