李 強(qiáng) 彭 鵬 付冰冰

(1.阜新市水源建設(shè)管理辦公室， 遼寧 阜新 123000；2.阜新市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 遼寧 阜新 123000；3.阜新市凌河保護(hù)區(qū)管理局， 遼寧 阜新 123000)

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淺析長(zhǎng)距離輸水管道技術(shù)在引白水源工程中的應(yīng)用

李 強(qiáng)1彭 鵬2付冰冰3

(1.阜新市水源建設(shè)管理辦公室， 遼寧 阜新 123000；2.阜新市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 遼寧 阜新 123000；3.阜新市凌河保護(hù)區(qū)管理局， 遼寧 阜新 123000)

長(zhǎng)距離輸水管道工程中，管線(xiàn)部分投資占整個(gè)工程總投資比重較大，管材、管徑、工作壓力和管道附件的確定應(yīng)結(jié)合工程的規(guī)模、重要性、地形地質(zhì)水文等情況綜合考慮。本文通過(guò)對(duì)管材和管道附件在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等不同時(shí)段出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析與解決，其中長(zhǎng)距離輸水管道中進(jìn)排氣閥和壓力監(jiān)測(cè)器的作用非常重要。

長(zhǎng)距離輸水管道； 進(jìn)排氣閥； 壓力監(jiān)測(cè)器； 預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管

引白水源工程從朝陽(yáng)市白石水庫(kù)引水至阜新市，作為城市生活生產(chǎn)用水，輸水管線(xiàn)采用單管，管徑為DN1400，全長(zhǎng)80.43km，設(shè)計(jì)日供水量為15萬(wàn)t。

輸水線(xiàn)路沿線(xiàn)地貌單元以低山丘陵為主，各地貌單元地形嚴(yán)格受地質(zhì)控制。線(xiàn)路所經(jīng)過(guò)地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬于新華夏構(gòu)造體系，構(gòu)造形跡由比較平緩的褶皺和比較強(qiáng)烈的沖斷層及其張性扭性斷裂組成，呈NE向的大柳河溝背斜，僅在16+423、17+200附近有斷裂構(gòu)造，其他區(qū)段基本不存在對(duì)管線(xiàn)穩(wěn)定性有影響的斷裂。地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水，含水層地下水動(dòng)態(tài)變化幅度較大。地貌、地質(zhì)和水文條件良好。

1 管線(xiàn)設(shè)計(jì)布置

輸水管道工程中，管道投資占總投資的比重很大，因此對(duì)管材的選擇應(yīng)根據(jù)工程的具體情況，做出安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面分析比較。針對(duì)不同管材對(duì)工程的適應(yīng)特性，充分發(fā)揮管道的最大優(yōu)點(diǎn)，確保工程投資少、管道運(yùn)行安全可靠、管理方便、運(yùn)行成本低、施工便捷。

輸水管道起點(diǎn)管底高程為108.00m，最高點(diǎn)為隧洞進(jìn)口處高程193.30m，終點(diǎn)管底高程為132.38m。輸水管線(xiàn)沿途穿越大凌河、臺(tái)子山河、清河、湯頭河及伊瑪圖5條河流，管道穿越高速3處、高等級(jí)路5處。輸水管道工程為集大落差、長(zhǎng)距離、復(fù)雜地質(zhì)于一體的壓力與重力流相結(jié)合管道工程。因此引白水源輸水管道工程管材采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP) 和夾砂玻璃鋼管組合方式，局部采用鋼管。

1.1 預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(PCCP)

1.1.1 設(shè)計(jì)布置

預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(PCCP)是由鋼套筒、鋼絲和混凝土構(gòu)成的復(fù)合管材，綜合發(fā)揮了鋼材的抗拉、易密封性與混凝土的抗壓和耐腐蝕性，能承受很高的內(nèi)壓和外壓。在0+000～45+325、56+873～80+430范圍地形起伏較大，在2.1～3.5m以下為巖層，考慮管道運(yùn)輸和安全等方面，采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)。

1.1.2 運(yùn)行情況

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(PCCP)抗震、抗沖擊能力強(qiáng)，安裝方便；剛性管壁和粗糙外表面使之有很強(qiáng)的抵抗裝缷、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中損壞的能力。因其重量較大，對(duì)運(yùn)輸要求較高，地形坡度較大而配套道路差會(huì)造成運(yùn)輸困難。在6+503～7+862、23+352～25+897區(qū)段因地面坡度較大，出現(xiàn)了運(yùn)輸和安裝困難的現(xiàn)象，造成施工進(jìn)度慢、投資增加。在施工時(shí)應(yīng)做好接管口處鋼制承插口的防腐工作，管口的防腐質(zhì)量將影響PCCP管的壽命和水質(zhì)指標(biāo)。

由于鋼套筒的作用，抗?jié)B能力非常好；管材接口采用鋼制承插口，尺寸較準(zhǔn)確，并設(shè)雙膠圈橡膠止水圈，止水效果好。在運(yùn)行期中，通過(guò)對(duì)管道起點(diǎn)處與終點(diǎn)處的流量計(jì)分析比較，80.43km的輸水管線(xiàn)漏率失率非常小，僅為0.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國(guó)家相關(guān)規(guī)范的規(guī)定范圍。

1.2 夾砂玻璃鋼管

1.2.1 設(shè)計(jì)布置

夾砂玻璃鋼管以熱固性樹(shù)脂為基體、玻璃纖維為增強(qiáng)材料、硅砂為填料，采用連續(xù)纏繞工藝而制成的壓力管道。具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、耐磨性好、內(nèi)壁光滑阻力小于0.009等優(yōu)點(diǎn)。但相對(duì)混凝土管而言，其剛性較差，對(duì)基礎(chǔ)及回填要求較高，抗外壓能力差。在45+325～56+873范圍地形比較平緩，土層較厚，考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件采用夾砂玻璃鋼管。

1.2.2 運(yùn)行情況

夾砂玻璃鋼管因剛性較差、對(duì)基礎(chǔ)及回填要求較高、抗外壓能力差，施工要求較高，難度大。施工期局部地區(qū)出現(xiàn)變形較大，向管道充水時(shí)沿管道軸線(xiàn)方向地面出現(xiàn)龜裂，地面最寬處縫隙達(dá)3cm。

夾砂玻璃鋼管對(duì)壓力變化敏感，因進(jìn)排氣閥不能正常工作，運(yùn)行僅5個(gè)月，出現(xiàn)爆管3次，其中有2次出現(xiàn)在冬季。分析原因?yàn)槎静膳a(bǔ)水量日增加2.5萬(wàn)t，同時(shí)進(jìn)排氣閥在冬季易出現(xiàn)結(jié)凍現(xiàn)象不能正常工作。

2 管道附件

2.1 檢修閥

2.1.1 設(shè)計(jì)布置

管路上安裝檢修閥的目的，主要是為保證在管路事故搶修時(shí)減少棄水、縮短泄水和充水時(shí)間。按照最長(zhǎng)檢修棄水量不超過(guò)管線(xiàn)長(zhǎng)度4km進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)管線(xiàn)縱斷圖和平面圖，一共設(shè)12處檢修閥，閥門(mén)設(shè)計(jì)采用手動(dòng)蝶閥，口徑為DN1400。

2.1.2 運(yùn)行情況

在運(yùn)行檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)局部區(qū)段檢修閥設(shè)置不合理，如：13+010～15+136區(qū)段未設(shè)置檢修閥，該區(qū)段管內(nèi)壓力較大，為檢修重點(diǎn)區(qū)域，如果需要檢修，則需要關(guān)閉4號(hào)、5號(hào)檢修閥，影響范圍大，檢修后向管內(nèi)充水時(shí)間長(zhǎng)，后在13+150處增加1處檢修閥，解決了問(wèn)題，取得了良好的效益。

2.2 排(泄)水閥

為了在管路進(jìn)行事故搶修時(shí)能將管路中的水迅速排出，在管道的適當(dāng)?shù)吞幵O(shè)置了必要的排(泄)水閥。閥門(mén)口徑根據(jù)排水量和排水壓力確定，采用DN400手蝶閥。排(泄)水閥設(shè)置的位置應(yīng)充分結(jié)合地形，應(yīng)能快速排(泄)管道內(nèi)的水。

2.3 進(jìn)排氣閥

2.3.1 設(shè)計(jì)布置

為了滿(mǎn)足管道在首次充水、事故檢修后大量排氣和正常使用時(shí)排除水中析出的少量氣體，避免斷流彌合水錘對(duì)長(zhǎng)距離輸水管道的危害，據(jù)管線(xiàn)縱斷和檢修閥門(mén)的布置情況，在管路所有高點(diǎn)處、坡度小于0.01時(shí)每隔不超過(guò)700m和坡度超過(guò)0.01時(shí)每隔不超過(guò)800m設(shè)置一個(gè)進(jìn)排氣閥，共設(shè)置了規(guī)格為DN200的進(jìn)排氣閥115個(gè)。

2.3.2 運(yùn)行情況

管道運(yùn)行期間，進(jìn)排氣閥能否正常工作，對(duì)管道的安全起決定性作用。運(yùn)行5個(gè)月時(shí)，48+356處、51+357處、53+671處進(jìn)排氣閥不能正常工作，局部區(qū)段管道內(nèi)出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象，導(dǎo)致爆管3次。將進(jìn)排氣閥更換，便能安全運(yùn)行。經(jīng)分析比較發(fā)現(xiàn)，冬季為進(jìn)排氣閥事故多發(fā)期，排氣孔口閥片易凍死，導(dǎo)致不能正常工作，因此應(yīng)在冬季加強(qiáng)巡邏保養(yǎng)工作，保證進(jìn)排氣閥安全工作。

2.4 壓力監(jiān)測(cè)器

2.4.1 設(shè)計(jì)布置

為了連續(xù)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)壓力變化情況，通過(guò)壓力變化情況迅速準(zhǔn)確地判斷管道運(yùn)行情況，根據(jù)管線(xiàn)縱斷圖和平面圖，在適當(dāng)位置設(shè)置了13個(gè)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。壓力監(jiān)測(cè)器以GPRS方式通過(guò)將數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸至中心控制室。

2.4.2 運(yùn)行情況

當(dāng)管道出現(xiàn)事故時(shí)，可以通過(guò)分析壓力監(jiān)測(cè)器傳送的壓力變化值，迅速判斷事故發(fā)生區(qū)域，在幾次爆管事故中充分顯示出壓力監(jiān)測(cè)器優(yōu)越性。設(shè)計(jì)時(shí)采用太陽(yáng)能電源方式給壓力監(jiān)測(cè)器提供電源，但太陽(yáng)能電源方式存在天氣適應(yīng)能力差、提供電源不穩(wěn)定、受外界影響較大等問(wèn)題，后將其改造為蓄電池提供電源方式，解決了以上問(wèn)題。

2.5 水錘消除器

2.5.1 設(shè)計(jì)布置

水錘消除器實(shí)際是具有一定泄水能力、并適合于泵站停泵水錘壓變化過(guò)程的安全閥。其基本原理是在水泵斷電后，管路中出現(xiàn)低壓的短促時(shí)段內(nèi)水錘消除器閥門(mén)迅速動(dòng)作，呈開(kāi)啟狀態(tài)，待倒泄水流到達(dá)，管道產(chǎn)生突然水壓升高的瞬間迅速按照要求釋放一部分管道中的壓力水，以緩沖壓力上升，從而達(dá)到防止水錘的目的。該工程在一級(jí)加壓泵站出口處設(shè)置了兩臺(tái)緩閥式水錘消除器。

2.5.2 運(yùn)行情況

一級(jí)加壓泵站出口處的高程為102.00m，而出口處水壓為96.7m，壓力較大。在運(yùn)行期出現(xiàn)過(guò)一次因電氣故障導(dǎo)致突然停泵的情況，但因水錘消除器能正常工作，未對(duì)管道造成不良影響，僅在水錘消除器相連接的管口出現(xiàn)脫管現(xiàn)象。

3 結(jié) 語(yǔ)

a.一般長(zhǎng)距離輸水管道工程地形復(fù)雜，起伏較大，施工難度較大，應(yīng)充分做好前期現(xiàn)場(chǎng)踏勘工作，優(yōu)化管線(xiàn)布置，縮短管線(xiàn)長(zhǎng)度，減少投資，盡量少占農(nóng)田。

b.長(zhǎng)距離輸水管道工程大都跨行政區(qū)，在項(xiàng)目前期和實(shí)施階段對(duì)外協(xié)調(diào)難度較高，尤其是行政審批流程長(zhǎng)，涉及部門(mén)多，時(shí)空跨度大，應(yīng)合理安排工期。

c.夾砂玻璃鋼管對(duì)壓力變化較敏感，安裝運(yùn)輸要求較高。在地形起伏較大的地區(qū)，管道內(nèi)壓力變化較大，在重要的長(zhǎng)距離輸水管道工程中盡量避免采用此種管材。

d.在東北地區(qū)，安裝進(jìn)排氣閥時(shí)應(yīng)注意防結(jié)凍情況。長(zhǎng)距離輸水管道工程中進(jìn)排氣閥和壓力監(jiān)測(cè)器的合理設(shè)置，對(duì)管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行起非常巨大的作用，同時(shí)許多技術(shù)及安全措施還有待更深入地研究和提高，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使技術(shù)更加完善，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更好的服務(wù)。

[1] 張志平.淺析忻州市長(zhǎng)距離有壓重力輸水設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題[J].水利建設(shè)與管理，2016(1)：31-33.

[2] 任兆寅，孟波.淺談水錘防護(hù)措施在長(zhǎng)距離輸水管道中的應(yīng)用[J]. 水利建設(shè)與管理，2014(2)：15-16.

[3] CECS 193—2005城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管(渠)道工程技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[4] 鄭平.管道工程手冊(cè)[M].吉林：吉林電子出版社，2003.

Analysis on the application of long-distance water conveyance pipeline technology in Yinbai Water Resources Project

LI Qiang1, PENG Peng2, FU Bingbing3

(1. Fuxin Water Resources Construction Management Office, Fuxin 123000, China;2.FuxinWaterConservancySurveyandDesignInstitute,Fuxin123000,China;3.FuxinLingheRiverReserveAdministration,Fuxin123000,China)

Pipeline part accounts for higher proportion in total investment of the whole project in long-distance water conveyance pipeline project. Engineering scale, importance, terrain geology and hydrology as well as other situations should be comprehensively considered for determining pipe material, pipe diameter, working pressure and pipeline accessories. It is proposed that the function of suction and exhaust valve and pressure monitor in long-distance water conveyance pipeline is very important.

long-distance water conveyance pipeline; suction and exhaust valve; pressure monitor; PCCP

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.013

TV672+.2

A

1005-4774(2016)12- 0050- 03