新材料產(chǎn)業(yè)園供水工程線路比選及管道設(shè)計(jì)方案分析

柳琰熙

（榆林市水務(wù)集團(tuán)榆橫供水公司,陜西 榆林 719000）

1 引言

引水管道作為引水工程的重要組成部分,對(duì)引水工程效率和安全影響較大。與引水工程的其他組成部分相比,管道工程線路長,所涉及的地質(zhì)、周邊環(huán)境類型多樣。管道線路的選取對(duì)工程投資、實(shí)施難度以及運(yùn)行使用影響重大,在工程實(shí)施前,結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況,選取適宜的線路是非常必要的[1-2]。

2 工程概況

通過建設(shè)寺口子水庫至新材料產(chǎn)業(yè)園供水工程,解決新材料產(chǎn)業(yè)園工業(yè)用水緊缺問題,同時(shí)達(dá)到充分利用寺口子水庫水、減少地下水資源開采,提高水資源利用效率,為固原鹽化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)建設(shè)及固原經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展提供供水保障。

在寺口子水庫導(dǎo)引工程實(shí)施前,寺口子水庫配置水量114 萬m3/a,南郊水廠配置水量492 萬m3/a,彭堡地下水配置水量142 萬m3/a,在寺口子水庫導(dǎo)引工程實(shí)施后,彭堡地下水只供示范區(qū)生活用水,彭堡地下水原供鹽化工生產(chǎn)用水的水量由寺口子水庫水替換。因此,寺口子水庫供新材料園水量為256 萬m3/a（114 萬m3/a+142 萬m3/a）,為解決新材料產(chǎn)業(yè)園工業(yè)用水緊缺問題,同時(shí)達(dá)到充分利用寺口子水庫水、減少地下水資源開采,提高水資源利用效率,確定本次供水規(guī)模256 萬m3/a。

3 輸水線路比選

3.1 選線原則

（1）輸水線路根據(jù)輸水形式、地形地質(zhì)條件、地面建筑物分布情況,結(jié)合已建各引水工程以及用水戶的分布條件,通過綜合比較工程占地、環(huán)境影響、輸水安全、施工條件等進(jìn)行多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選確定,盡量避開自然保護(hù)區(qū)、文物、基本農(nóng)田、民房等。

（2）輸水線路宜布置在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡單,地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、水文地質(zhì)條件有利的地區(qū),宜避免通過不良地質(zhì)地段。

（3）輸水線路盡量減少與現(xiàn)有的天然河道、溝渠、等級(jí)公路、高速公路、鐵路、地下管道交叉,當(dāng)不可避免時(shí),力求垂直交叉。與等級(jí)公路、高速公路以及鐵路交叉,應(yīng)利用已有橋洞穿越。與河道、溝道交叉需處理好與交叉河道、溝道的防洪等關(guān)系。

3.2 線路比選

3.2.1 方案一：加壓輸水線路方案

從羊圈堡壅水壩取水,經(jīng)加壓泵站加壓,揚(yáng)水管線自西向東沿中河河道灘地布設(shè),于固擴(kuò)十二干渠上游30 m 處折向南布設(shè),揚(yáng)水管線經(jīng)黃鐸堡鎮(zhèn)南城村、黃灣村及曹堡村后沿固擴(kuò)南城拐子支干渠西側(cè)布設(shè),經(jīng)三營鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村、三岔村、三和村及頭營鎮(zhèn)馬莊村、楊莊村,末端至新材料產(chǎn)業(yè)園區(qū),揚(yáng)水管道全長23.9 km,加壓水泵凈揚(yáng)程80.6 m,總揚(yáng)程175 m。

3.2.2 方案二：加壓輸水+重力流輸水線路方案

從羊圈堡壅水壩取水,經(jīng)加壓泵站加壓,揚(yáng)水管線自西向東沿中河河道灘地布設(shè),于固擴(kuò)十二干渠上游30 m 處折向南布設(shè),揚(yáng)水管線經(jīng)黃鐸堡鎮(zhèn)南城村、黃灣村,末端至黃灣村西川里200 m3高位蓄水池,高位蓄水池后接重力流引水管道,重力流引水管道沿固擴(kuò)南城拐子支干渠西側(cè)布設(shè),經(jīng)黃鐸堡曹堡村、三營鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村、三岔村、三和村及頭營鎮(zhèn)馬莊村、楊莊村, 末端至新材料產(chǎn)業(yè)園區(qū), 輸水管線總長24.6 km,其中加壓管線7.8 km, 重力流管線16.8 km, 加壓水泵凈揚(yáng)程102 m,總揚(yáng)程210 m。

3.2.3 推薦方案

根據(jù)表1 可以看出,兩個(gè)方案相比,方案一線路較方案二短,且在后期運(yùn)行維護(hù)、施工期間社會(huì)影響、工程地質(zhì)條件、工程征占地、施工期間協(xié)調(diào)及工程投資等方面均優(yōu)于方案二,綜合比較兩方案,本階段供水線路設(shè)計(jì)方案推薦方案一。

表1 供水線路方案比選表

4 管道方案分析

4.1 管材選取

根據(jù)管線流量、管徑、工作壓力等因素,主要比選了球墨鑄鐵管（DIP）、鋼絲網(wǎng)骨架PE 管,兩種管材特性見表2。工程輸水主管道管徑為DN400 mm,壓力等級(jí)1.0 MPa～2.5 MPa（加壓管線）,由于管線為壓力管線,從運(yùn)行安全、管材價(jià)格、管道抗負(fù)壓性能、便于安裝等角度綜合考慮采用球墨鑄鐵管。

表2 管材比選

4.2 水力計(jì)算

設(shè)計(jì)從已建壅水壩右側(cè)新建分水閘后取水,通過引水渠引水至新建沉沙池,沉沙池設(shè)計(jì)水位1582.07 m,沉沙池最低水位為1580.57 m。

（2）管道水頭損失計(jì)算

管道水力計(jì)算主要是水頭損失計(jì)算,包括沿程損失和局部損失,即：h=hi+hj；管道沿程損失：hi=i×L。

對(duì)于球磨鑄鐵管、鋼管：i=10.294 n2Q2/d5.333

式中：Q 為管段流量,m3/s；i 為單位管長水頭損失,m/m；L為計(jì)算管段長度,m；v 為管內(nèi)流速,m/s；d 為管道內(nèi)徑,m；n 為管道糙率。

局部水頭損失hj按沿程損失的10%估算,即：hj=10%×hi。

管道水頭損失：h=hi+hj=1.1 hi=1.1 i×L

（3）管道設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力

根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》（CECS 193-2005）,輸水管道的設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力不應(yīng)小于工作壓力與殘余水擊壓力之和,并不應(yīng)小于靜水壓力。對(duì)于輸水管道靜水壓力可以通過合理的控制避免產(chǎn)生,本次以1.5 倍的動(dòng)壓確定管道設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力。

（5）管道水力計(jì)算管道節(jié)點(diǎn)水力計(jì)算成果見圖1。

圖1 管道內(nèi)水壓力

4.3 管道鋪設(shè)

管道過溝及過路段采用定向鉆穿越外,其余管段均采取埋置的方式。

（1）管溝斷面管溝采用機(jī)械開挖,梯形斷面,斷面尺寸主要根據(jù)管材外形尺寸、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、防凍要求以及管道安裝施工要求等因素?cái)M定。管溝開挖邊坡主要根據(jù)巖（土）體穩(wěn)定條件進(jìn)行確定,其中：土方開挖邊坡取1∶0.5,角礫1∶0.75,管溝頂面以上斷面的永久開挖邊坡土層采用1∶1,角礫1∶1.5,開挖深度大于5.0 m 時(shí),自管溝頂面以上每5.0 m設(shè)水平寬度1.5 m 的馬道。對(duì)于D ≤400 mm 管道,管溝底寬按照D+0.3+0.3 m 控制,D 為管道外徑。

（2）管道埋深及頂部結(jié)構(gòu)

工程區(qū)屬寒冷地區(qū),根據(jù)工程地質(zhì)可知最大凍土深度為1.21 m,根據(jù)以上凍土厚度可知,管頂覆土厚度不得小于1.3 m,管溝填埋后,管頂高出現(xiàn)狀地面0.2 m。

（3）管道基礎(chǔ)處理

管道基礎(chǔ)位于壤土、砂壤土（Q41al）段及黃土段,具有濕陷性,該場地的為Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）～Ⅳ級(jí)（很嚴(yán)重）自重濕陷場地。次管道基礎(chǔ)采取0.3 m 厚的壤土素土翻夯+0.3 m 厚灰土墊層進(jìn)行處理,翻夯壓實(shí)度不小于0.95。對(duì)于角礫地基,管床底鋪設(shè)20 cm 厚細(xì)沙墊層。

5 結(jié)論

新材料產(chǎn)業(yè)園供水工程建設(shè)旨在為產(chǎn)業(yè)園提供水源,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)園建設(shè)發(fā)展。結(jié)合工程用水需求以及周邊環(huán)境情況,經(jīng)方案比選采用加壓輸水線路方案、球墨鑄鐵鐵管管材,具有投資低、維護(hù)簡便、抗壓性能好等優(yōu)勢。經(jīng)過水力分析計(jì)算,球墨鑄鐵鐵管抗壓能力滿足要求。在工程實(shí)施階段,需要根據(jù)要求進(jìn)行溝槽開挖及地基處理,以減少寒冷地區(qū)濕陷性土對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全的影響。