劉順萍

?

貴州二道壩水庫(kù)輸水線(xiàn)路管材及管徑比選

劉順萍

摘要在輸水工程設(shè)計(jì)中，管道投資占工程總投資的比例較大，因此，管材、管徑的選擇顯得尤為重要。PCCP管以良好的密封性、耐久性、抗壓性等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，其適應(yīng)口徑范圍大，施工方便快捷無(wú)污染，質(zhì)量容易得到保證。管徑的選擇直接影響到工程投資以及建成后的運(yùn)行狀況，以貴州省二道壩水庫(kù)工程為實(shí)例，通過(guò)可比投資比較，初步選出經(jīng)濟(jì)管徑，為類(lèi)似工程前期設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞管材PCCP管經(jīng)濟(jì)管徑可比投資

1　工程概況

二道壩水庫(kù)位于貴州省威寧縣興隆河下游，羊街鎮(zhèn)銀河村附近，工程主要任務(wù)為向威寧縣城和五里崗工業(yè)園區(qū)供水，兼顧灌溉和農(nóng)村人畜飲水，結(jié)合發(fā)電。水庫(kù)死水位1 784.00 m，正常蓄水位1 810.00 m，總庫(kù)容4 034萬(wàn)m3。主要建筑物包括攔河壩、溢洪道、輸水線(xiàn)路建筑物、灌溉線(xiàn)路建筑物、發(fā)電引水建筑物及廠(chǎng)房等。

本工程輸水管線(xiàn)的引水起點(diǎn)為二道壩水庫(kù)，通過(guò)輸水管線(xiàn)將水引至五里崗工業(yè)園區(qū)水廠(chǎng) （高程2 300 m附近），全線(xiàn)設(shè)計(jì)流量為1.9 m3/s，中間無(wú)分水。輸水線(xiàn)路由進(jìn)水口、有壓隧洞、3座泵站、鋼管埋管、PCCP埋管、交叉建筑物以及附屬建筑物等部分組成，其中PCCP管線(xiàn)長(zhǎng)度14 060 m，直徑1.4 m。

本工程輸水沿線(xiàn)為低山丘陵地貌，管線(xiàn)地形地勢(shì)復(fù)雜，輸水流量大，管徑大，管線(xiàn)承受的內(nèi)壓、外壓均較大，沿線(xiàn)坡度較陡，管線(xiàn)轉(zhuǎn)彎較多，且本工程采用單管輸水，輸水保證率要求較高，因此，在工程設(shè)計(jì)中管材及管徑選擇就顯得重要，一方面對(duì)投資影響大，另一方面對(duì)運(yùn)行安全起到關(guān)鍵作用，本文就輸水管線(xiàn)管材及管徑選擇進(jìn)行說(shuō)明。

2　管材選擇

由于管材投資占輸水管道工程投資的比例較大，因此，有必要在長(zhǎng)距離輸水工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)工程所在地的地形、地貌、地質(zhì)情況，以及當(dāng)?shù)毓懿牡纳a(chǎn)情況、應(yīng)用管材的習(xí)慣，特別是工程的資金落實(shí)情況，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面論證比較后確定。

本工程要求所選管材具備以下特點(diǎn)：

（1）能承受一定的工作壓力，本工程管道內(nèi)水流大多為有壓流，最大靜水頭150余m。通常管材允許工作壓力大于最大正常工作壓力的1.4倍，若可能產(chǎn)生較大的水擊壓力時(shí)，管材的允許工作壓力可能會(huì)更大；因此，工程要求所有管道能承受一定工作壓力的同時(shí)，部分管段還應(yīng)能承受較高的工作壓力。

（2）應(yīng)具備一定的抗外荷能力，由于本工程采用埋管形式，沿線(xiàn)地形條件復(fù)雜，埋深變化范圍大，某些部位還要穿越公路及河流，因此，管道需要承受除管頂填土靜荷載外，還應(yīng)承受車(chē)輛等動(dòng)荷載以及管底部不均勻沉陷和管道內(nèi)外溫差引起的集中荷載。

（3）本工程采用泵站加壓供水，要求節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，因此，要求管內(nèi)壁光滑，輸水能力強(qiáng)，長(zhǎng)期輸水時(shí)，輸水能力應(yīng)基本不變。

（4）由于本工程所輸送的水主要為城鎮(zhèn)的生活用水，對(duì)水質(zhì)要求高，因此，要求管材長(zhǎng)期與水接觸時(shí)，不應(yīng)產(chǎn)生對(duì)人體有害的化學(xué)物質(zhì)及有毒物質(zhì)。

（5）管材應(yīng)具有良好的抗腐蝕性能，對(duì)于金屬管材等抗腐蝕性能差的管材，應(yīng)根據(jù)具體情況采取必要的防腐措施。

（6）管材應(yīng)耐老化，使用壽命長(zhǎng)。

（7）管材與管材、管材與管件連接方便，連接處應(yīng)滿(mǎn)足工作壓力、抗彎折、抗?jié)B漏、強(qiáng)度、剛度及安全等方面的要求。

（8）在滿(mǎn)足輸水安全的前提下，造價(jià)應(yīng)盡可能低，做到經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便。

在城市引水工程中，采用大口徑管道（DN 1 000 mm）輸水是大勢(shì)所趨，能夠選用管道的工程，要優(yōu)先考慮采用管道。目前長(zhǎng)距離輸水工程可選管材一般分為金屬管和非金屬管。常用口徑在DN1000mm以上管材主要有鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）、預(yù)應(yīng)力混凝土管（PCP）和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）等。不同管材的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)幾種可選管材使用性能的綜合分析和對(duì)該工程施工技術(shù)、工程費(fèi)用的綜合考慮，本工程最終選擇采用PCCP管和鋼管混用方案。在平地及緩坡（坡度在10°以下）采用PCCP管；在高坡陡坎、坡度在25°以上處，穿越河流、公路處、管道轉(zhuǎn)彎處、閥室處、分水處，地形地質(zhì)條件復(fù)雜、管材運(yùn)輸困難地段等采用鋼管代替。

3　管徑比選

本階段有壓輸水埋管的管材擬用PCCP管，其經(jīng)濟(jì)管徑的選擇直接影響到工程建成以后的運(yùn)行狀況和工程總費(fèi)用。在輸水流量一定的情況下，管內(nèi)流速與管徑的平方成反比。管徑越大，管內(nèi)流速越小，水頭損失也越小，泵站的相關(guān)投資及運(yùn)行費(fèi)用就越低，但管道的建設(shè)投資則越大；反之，管徑越小，管內(nèi)流速越大，水頭損失也就越大，泵站的相關(guān)投資及運(yùn)行費(fèi)用越高，但管道的建設(shè)投資則越小。

經(jīng)濟(jì)管徑就是管道輸水工程在一定的運(yùn)行期內(nèi)總費(fèi)用最小的管徑。管道輸水工程總費(fèi)用包括以下各項(xiàng)：

（1）管道工程投資。管道工程投資包括溝槽開(kāi)挖和回填費(fèi)用、墊層費(fèi)用及管材材料和運(yùn)輸費(fèi)用等。

（2）加壓泵站建設(shè)投資。按工程類(lèi)比法對(duì)不同水頭下的泵站建設(shè)投資按裝機(jī)總?cè)萘窟M(jìn)行估算。

（3）加壓泵站運(yùn)行費(fèi)用。按工程類(lèi)比法對(duì)不同揚(yáng)程、不同裝機(jī)容量下的加壓泵站年運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行估算，工程運(yùn)行期按30年估算。

管道的附屬設(shè)施及附件如閥門(mén)等的費(fèi)用未計(jì)入總投資，管線(xiàn)上交叉建筑物等的投資也未列入，這些投資在長(zhǎng)距離管道總投資中所占的比例很少，不是影響管徑選擇的主要因素。

在投資償還期內(nèi)，管道輸水工程總投資現(xiàn)值按下式計(jì)算：

式中P——投資償還期內(nèi)的總費(fèi)用；

C——管道工程投資；

D——泵站建設(shè)投資；

F——泵站年運(yùn)行費(fèi)用；

T——工程運(yùn)行期，a。

對(duì)應(yīng)于經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算的管線(xiàn)工程的投資只是一個(gè)相對(duì)值，它與管線(xiàn)長(zhǎng)度有關(guān)，管線(xiàn)越長(zhǎng)，管道工程投資越大。

在設(shè)計(jì)流量1.9 m3/s下，輸水管道流速控制在0.6～2.5 m/s，即流速防止水中雜質(zhì)在水管內(nèi)沉積的速度，在此流速范圍內(nèi)選擇6種管徑進(jìn)行比較。具體比較如表2。

從表中可以看出，按8%折現(xiàn)率計(jì)算，計(jì)入泵站30年運(yùn)行費(fèi)用后，管徑DN 1 400 mm投資為78 714萬(wàn)元，投資最少，本階段輸水線(xiàn)路管道直徑選為DN 1 400 mm。

表1　輸水管材比較表

表2　輸水線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)管徑比較表

4　結(jié)語(yǔ)

結(jié)合工程實(shí)際情況，通過(guò)管材選擇和經(jīng)濟(jì)管徑比較，本工程最終選擇采用PCCP管和鋼管混用方案。在平地及緩坡 （坡度在10°以下）采用PCCP管；在高坡陡坎、坡度在25°以上處，穿越河流、公路處、管道轉(zhuǎn)彎處、閥室處、分水處、與前后建筑物連接處，地形地質(zhì)條件復(fù)雜、管材運(yùn)輸困難地段等采用鋼管代替。管道直徑以DN 1 400 mm為主，局部與隧洞連接處采用DN 1 800 mm。本文只對(duì)PCCP管進(jìn)行管徑比較，在充分發(fā)揮PCCP管安全性高、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇了總費(fèi)用最小的經(jīng)濟(jì)管徑，既提高了供水保證率，保障了管線(xiàn)運(yùn)行安全，又節(jié)省了工程投資。

中圖分類(lèi)號(hào)TV672+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1007-6980（2016）01-0027-02

作者簡(jiǎn)介

劉順萍女工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

收稿日期（2015-11-10）