楊駿

摘 要：城市的輸水管道為人們提供了便利的生活條件，是現(xiàn)代化社會(huì)城市建設(shè)的重要組成部分。輸水管道設(shè)施在建設(shè)中往往會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間、人力、物力，尤其是大口徑長(zhǎng)距離的輸水管道。因此，為了減少經(jīng)濟(jì)成本，提高建設(shè)效果，對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)探討很有必要。

關(guān)鍵詞：大口徑;長(zhǎng)距離;輸水管道;優(yōu)化措施

1 大口徑長(zhǎng)距離輸水管道選址原則

在管道選址過(guò)程中需要設(shè)計(jì)多種綜合性的設(shè)計(jì)方案，選擇合理的、與實(shí)際情況匹配的大口徑長(zhǎng)距離管道建設(shè)位置能夠提高管道建設(shè)的安全性，降低建設(shè)成本，減少建設(shè)時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)有利于后續(xù)管道維護(hù)和檢修工作的順利進(jìn)行。通過(guò)查閱相關(guān)資料，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，大口徑長(zhǎng)距離的輸水管道在建設(shè)過(guò)程中需要遵循以下位置選址原則：

1.1 在進(jìn)行管線位置的選擇時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際的城市建設(shè)現(xiàn)狀和道路規(guī)劃設(shè)計(jì)情況，盡可能選擇靠近用戶使用點(diǎn)的位置展開(kāi)后續(xù)施工，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)管線設(shè)計(jì)進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化和調(diào)整。

1.2 與各種障礙物保持適當(dāng)距離，如河流、公路、鐵路等，并且在公路和鐵路的一側(cè)埋設(shè)，減少由于復(fù)雜地質(zhì)條件造成的施工限制，為后續(xù)維修工作創(chuàng)造便利。

1.3 為了提高輸水管線的經(jīng)濟(jì)效益，降低不必要的經(jīng)濟(jì)成本浪費(fèi)，需要在管線選擇時(shí)盡可能的使用較短的輸水線路。同時(shí)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，盡可能的避免占用農(nóng)田，減少住戶拆遷的現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃，降低輸水管道穿越障礙物的次數(shù)。

1.4 避開(kāi)導(dǎo)電率高的土壤腐蝕嚴(yán)重地區(qū)，降低管道的腐蝕破壞。

1.5 選擇水利條件好，管理設(shè)施齊全的地區(qū)，加大管道設(shè)施管理效果。

2 輸水管材的選擇

管道材料是管道建設(shè)的核心因素，優(yōu)化大口徑長(zhǎng)距離輸水管道需要從管道材料的選擇入手。性能優(yōu)異的管道材料能提高其輸送水源的安全性能，保障人們生活用水的穩(wěn)定性。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，管道材料的選擇也更加多樣，目前我國(guó)常用的大口徑長(zhǎng)距離輸水管道的材料包括鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、玻璃鋼夾砂管和球墨鑄鐵管等。具體的管道材料性能優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表1所示：

2.1 球墨鑄鐵管優(yōu)異性能分析

結(jié)合實(shí)際的管材施工管理經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際的大口徑長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)過(guò)程中往往選用球墨鑄鐵管。球墨鑄鐵即DIP，其主要由生鐵作為主原料，內(nèi)部含碳量在3.5%至4.1%之間。球墨鑄鐵管在制造過(guò)程中，進(jìn)行了專(zhuān)業(yè)的球化處理，并且在基本管材形狀形成后進(jìn)行二次退火處理，有效提高了管材整體的金相組織分布密度，使得其具備更加優(yōu)異的穩(wěn)定性和延伸性。由于輸水管道長(zhǎng)期深埋地下，土壤中的化學(xué)物質(zhì)會(huì)對(duì)管道造成嚴(yán)重傷害。尤其的酸性土壤，為了提高管道安全性能，需要在優(yōu)化過(guò)程中著重選擇耐腐蝕性高的管道材料。根據(jù)我國(guó)ISO2531標(biāo)準(zhǔn)管理試驗(yàn)，球墨鑄鐵管的穩(wěn)定性與鋼管穩(wěn)定性相同，并且具備更加明顯的耐腐蝕效果。這些優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)能夠使得球墨鑄鐵管在實(shí)際的輸水管道建設(shè)中，延長(zhǎng)埋地使用壽命，提高輸水管道綜合性能。同時(shí)，球墨鑄鐵管的管壁厚度較低，為后續(xù)開(kāi)展相關(guān)內(nèi)壁水泥凃封工作提供了保障。除此之外，球墨鑄鐵管使用T形的滑入式接口，并且使用橡膠圈進(jìn)行止水，不容易發(fā)生漏水現(xiàn)象，整體的機(jī)械加工性能優(yōu)異，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接、切割、鉆孔等輸水管道施工內(nèi)容，有效減少了后期管道實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)生漏水的情況。

2.2 管材水頭損失計(jì)算

為了使輸水管材的選擇過(guò)程更加專(zhuān)業(yè)，可以對(duì)不同的管道材料水流量進(jìn)行計(jì)算，水流量計(jì)算公式為：

Q=k/n*D8/3*IO.5

式中Q代表流量，單位為m3/s;k代表一般常數(shù);n代表粗糙系數(shù);D為管道直徑;i為水力坡度指數(shù)。在管道直徑、水流量大小相同的情況下，球墨鑄鐵管產(chǎn)生的水頭損失最小，說(shuō)明其具備優(yōu)異的輸水效果，能夠減少由于出現(xiàn)漏水、滲水等問(wèn)題為企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，值得在實(shí)際大口徑長(zhǎng)距離輸水管道建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。

3 管道排氣閥及泄水閥優(yōu)化

由于大口徑長(zhǎng)距離的輸水管道在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中常常會(huì)受到地形影響，使得水中常常摻雜著一些氣體。這些氣體在長(zhǎng)時(shí)間的水流過(guò)程中被釋放，導(dǎo)致在地形最高點(diǎn)也就是管道起伏的頂部，形成阻力壓縮過(guò)水截?cái)嗝?，造成輸水損失。因此在管道建設(shè)過(guò)程中尤其是大口徑長(zhǎng)距離輸水管道，必須在管段高處安裝排氣閥，用來(lái)排出管道內(nèi)的氣體，同時(shí)結(jié)合檢查孔進(jìn)行綜合考慮?？偟膩?lái)說(shuō)，排氣閥的造價(jià)成本對(duì)于整體的輸水管道工程經(jīng)濟(jì)投入影響較小，但是對(duì)其安全和穩(wěn)定運(yùn)行效果起到至關(guān)重要的作用。如果管道排氣效果較差，會(huì)導(dǎo)致爆管、管道接口松動(dòng)和漏水等事故發(fā)生，使得整體輸水能力大打折扣，提高維修經(jīng)濟(jì)投入，降低管道使用時(shí)長(zhǎng)。輸水管道在坡度小于1‰時(shí)，一般每隔一公里左右可以安裝相應(yīng)的排氣閥。針對(duì)排氣閥門(mén)的選擇，往往選取防凍型，并且根據(jù)管道實(shí)際的起伏效果進(jìn)行數(shù)量的調(diào)整，必要時(shí)需要結(jié)合專(zhuān)業(yè)的水力計(jì)算，提高排氣閥使用效果。

除此之外，還需要在管道的最低點(diǎn)，安裝泄水閥，用于檢修放水。輸水管設(shè)置的位置和數(shù)量，應(yīng)按兩個(gè)檢修閥之間所限定檢修段的地形和防水條件確定。同時(shí)，根據(jù)泄水閥水力效果進(jìn)行直徑的選擇和確定，一般選取主管道直徑長(zhǎng)度的20%至25%之間。針對(duì)大口徑泄水閥的選取，往往使用手動(dòng)閥門(mén)，并且要對(duì)其密封性能進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和管理，避免出現(xiàn)泄露問(wèn)題，提高其可靠性能。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大口徑長(zhǎng)距離輸水管道的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以從管道選址、管材選擇和相關(guān)排氣閥泄水閥的安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了提高輸水管道的綜合性能，相關(guān)供水企業(yè)需要不斷開(kāi)發(fā)新型技術(shù)，因地制宜的開(kāi)展施工，合理選址建材，增強(qiáng)管道與實(shí)際地區(qū)情況的匹配程度，為人們提供更加便利的輸水條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]張吉星. 化工工程設(shè)備管道與材料優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]. 化工管理， 2018（36）.

[2]徐立新. 長(zhǎng)距離大口徑輸水管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)[C]// 2005.

[3]張衛(wèi)金， 王艷娥， 徐立新， et al. 長(zhǎng)距離大口徑輸水管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 水利水電工程設(shè)計(jì)（4）：29-30.

[4]豐文俊. 長(zhǎng)距離大口徑輸水管道設(shè)計(jì)施工方案研究[D]. 東南大學(xué)， 2015.