韓福濤

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平逐漸提高，對(duì)各種自然資源的需求也越來(lái)越多。如今不少城市的水資源日益緊缺，全國(guó)各地長(zhǎng)距離輸水工程逐漸增多。安徽省某輸水工程位于皖北平原，設(shè)計(jì)流量5.0m3/s，管線長(zhǎng)度約32.0km，在管道末端建設(shè)調(diào)蓄水庫(kù)。本文重點(diǎn)研究該工程前期設(shè)計(jì)期間的六個(gè)問(wèn)題。

1 管線布置

管線布置一般按以下原則確定：（1）應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的實(shí)際地形地貌，了解城市道路管網(wǎng)規(guī)劃，在不妨礙工程管線正常運(yùn)行、檢修和合理占用土地的情況下，使線路短捷；（2）盡可能沿現(xiàn)有、規(guī)劃公路布置，以利于施工、管理及維修；（3）管線穿越鐵路、公路、河流、溝渠時(shí)盡量正交；（4）管線縱向布置結(jié)合管道水力過(guò)渡過(guò)程研究成果確定，正常輸水條件下，管道最小內(nèi)水壓力包絡(luò)線，應(yīng)高于管頂不小于2.0m。

2 管材選用

平原區(qū)輸水管道沿線多為平坦的土地，沿線村莊多，道路交叉干擾多。同時(shí)管道運(yùn)行期間，上覆土層仍在進(jìn)行土地耕種等生產(chǎn)活動(dòng)，要求管道除具備較高的抗內(nèi)壓強(qiáng)度外，還應(yīng)具備較高的抗外壓水平。

管線一般可供使用的管材有：鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）等，管材選用應(yīng)根據(jù)其設(shè)計(jì)內(nèi)徑、設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力、敷設(shè)方式、外部荷載、施工和材料供應(yīng)等因素，通過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面綜合比較確定。

鋼管是傳統(tǒng)的輸水管材，特點(diǎn)是耐高壓、耐振動(dòng)、質(zhì)量輕、單管長(zhǎng)度大和接口方便，穿過(guò)多變地形或鐵路、河谷時(shí)通常作為首選。但承受外荷載的穩(wěn)定性差，耐腐蝕性差，管壁內(nèi)外都需有防腐措施，而且造價(jià)較高。

球墨鑄鐵管利用離心力鑄造成形，管壁致密，石墨形態(tài)為球狀，基體以鐵素為主，伸長(zhǎng)率大，強(qiáng)度高，性能與鋼管相似，具有柔韌性，適應(yīng)突發(fā)力強(qiáng)，且抗彎強(qiáng)度比鋼管大，使用過(guò)程中管段不易彎曲變形，能承受較大負(fù)荷，材料耐腐蝕性好，一般不需作特殊防腐處理，其接口為柔性接口，具有伸縮性和曲折性，適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉陷。

PCCP 管是一種鋼性管材，它是帶有鋼筒的高強(qiáng)度混凝土管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，噴以水泥砂漿保護(hù)層，采用鋼制承插口，同鋼筒焊在一起，承插口有凹槽和膠圈形成了滑動(dòng)式膠圈的柔性接頭，是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性。PCCP 管具有合理的復(fù)合結(jié)構(gòu)、承受內(nèi)外壓較高、抗裂及抗?jié)B能力好、接頭密封性好、抗震能力強(qiáng)、施工方便快捷、防腐性能好、維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用低、適用范圍廣等特性，被工程界所關(guān)注，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工程建設(shè)中。

長(zhǎng)距離輸水工程一般保證率要求較高，供水管道不宜少于兩條。該工程建有調(diào)蓄水庫(kù)，選用一條。

前期設(shè)計(jì)中綜合比選了以上三種管材，最終確定選用單條PCCP，內(nèi)徑2.0m，流速為1.59m/s。

3 水頭損失計(jì)算

水頭損失計(jì)算是平原區(qū)長(zhǎng)距離輸水的重要內(nèi)容之一，因泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程一般不大，而水頭損失可能是設(shè)計(jì)揚(yáng)程的數(shù)倍。輸水管路水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失之和，其中沿程水頭損失按照《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50013-2006）中的公式（7.2.2-2）計(jì)算：

參照該規(guī)范，管道計(jì)算時(shí)，y 取1/6，n 的取值范圍0.011～0.0125?？紤]到類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)和該工程的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)，隨著管道運(yùn)行時(shí)間的增加，n值一般會(huì)逐漸增加直至穩(wěn)定；實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)有污物附著于管壁，造成n 值增大，綜合以上因素，該工程n 值設(shè)計(jì)時(shí)取0.0125；當(dāng)選定水泵后，對(duì)水泵在n 值在0.011～0.012 范圍進(jìn)行校核，以驗(yàn)證水泵是否能正常工作。

局部水頭損失按照以下公式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算，該工程hy=31.39m，hj=3.24m。

綜上，管道的水頭損失為34.63m。該工程加壓泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程為8.55m，水頭損失是設(shè)計(jì)揚(yáng)程的4.05 倍。此外，水泵選型時(shí)尚需考慮泵房?jī)?nèi)部水頭損失、管道出口壓力等。

4 閥井布置

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求和工程特點(diǎn)，該工程設(shè)置了排水閥井、檢修閥井、流量計(jì)井、調(diào)壓塔井、空氣閥井、出口閥門(mén)井等設(shè)施。

4.1 檢修閥井

該工程管路長(zhǎng)度約32.0km，輸水管線設(shè)置檢修閥門(mén)用于事故時(shí)分段放水檢修，根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)范》（CECS193:2005）的規(guī)定，每5～10km 宜設(shè)一處檢修閥。該工程需跨越4 條河流和多條大型渠道，根據(jù)工程特點(diǎn)和規(guī)范要求，將管路分成5 段，約6 公里設(shè)置一處檢修閥，共設(shè)置4 座檢修閥井。

4.2 排水閥井

為便于管道排泥和管道檢修排水以及管道爆管維修的需要，設(shè)置排水閥。根據(jù)檢修閥井的設(shè)置和管路的分段，在每段的管路低處設(shè)置排水管閥，在兩個(gè)檢修閥之間管段，每段設(shè)置2 處排水閥井，全段管路共設(shè)置10 處排水閥井。

4.3 流量計(jì)井

在泵房出口管路處、管路進(jìn)入水庫(kù)前設(shè)置流量計(jì)，同時(shí)由于該工程管路距離較長(zhǎng)，為監(jiān)測(cè)流量變化和監(jiān)測(cè)爆管的位置，在管路中間管段亦設(shè)置流量計(jì)，共單獨(dú)設(shè)置3 處流量計(jì)。

4.4 雙向調(diào)壓塔井

根據(jù)水錘計(jì)算成果，宜設(shè)置雙向調(diào)壓塔井對(duì)管道進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。該工程共設(shè)置了3 座調(diào)壓塔井，井內(nèi)設(shè)置雙向調(diào)壓塔、Y 型濾水器、手動(dòng)蝶閥等，具體位置應(yīng)根據(jù)水錘計(jì)算結(jié)果確定。

4.5 空氣閥井

根據(jù)水錘計(jì)算成果及相關(guān)規(guī)范要求，在管路高程變化段和沿平直段每隔一定距離設(shè)置空氣閥。輸水管道在坡度小于1‰時(shí)，宜每隔0.5～1.0km 設(shè)置進(jìn)氣排氣閥。該工程最終共設(shè)置空氣閥井44 處。

4.6 出口閥門(mén)井

在管路進(jìn)水庫(kù)前設(shè)置出口閥門(mén)井，井內(nèi)設(shè)置液控止回蝶閥防止故障時(shí)水庫(kù)水倒流，設(shè)置流量計(jì)監(jiān)測(cè)管道末端流量。

5 管材防腐與安全監(jiān)測(cè)

PCCP 常規(guī)的防腐方案一般有陰極保護(hù)、無(wú)溶劑環(huán)氧煤瀝青涂層等。PCCP 防腐涂層應(yīng)根據(jù)管道的重要性、所處環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)等因素確定。勘測(cè)階段應(yīng)進(jìn)行管道沿線土壤和環(huán)境水的腐蝕性檢測(cè)，根據(jù)腐蝕性等級(jí)確定合理的防腐方案。

陰極保護(hù)技術(shù)適用于埋地PCCP 的腐蝕控制和防護(hù)，陰極保護(hù)系統(tǒng)分為犧牲陽(yáng)極和強(qiáng)制電流兩種方法，通常采用犧牲陽(yáng)極法，其設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行應(yīng)與主體工程同步進(jìn)行。

無(wú)溶劑環(huán)氧煤瀝青綜合了環(huán)氧樹(shù)脂和煤瀝青的優(yōu)點(diǎn)，防腐層具有優(yōu)異的抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕和滲透性，良好的物理機(jī)械性能，還具有優(yōu)異的電絕緣性、抗水滲透性、抗微生物侵蝕、抗雜散電流、耐熱、耐高溫驟變等優(yōu)良性能，具有極好的防腐性能，在管道防腐方面有著廣泛的應(yīng)用。

PCCP 安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)壓力管道的級(jí)別、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和地質(zhì)條件，對(duì)主要受力構(gòu)件、鋼絲應(yīng)力、內(nèi)水壓力、位移、斷絲等項(xiàng)目選作。同時(shí)，施工期和運(yùn)行期安全監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)采取有效的保護(hù)措施，檢測(cè)儀器設(shè)置后即應(yīng)取得基準(zhǔn)值，并開(kāi)始監(jiān)測(cè)，及時(shí)整理分析資料。

6 止推設(shè)計(jì)

管道在平面轉(zhuǎn)彎處、高程縱向變化處均有較大的水壓力，做好止推設(shè)計(jì)是PCCP 輸水工程中的重要內(nèi)容。鎮(zhèn)墩承受的內(nèi)水推力與管道的設(shè)計(jì)壓力、截面積、轉(zhuǎn)彎角度有關(guān)，一般通過(guò)鎮(zhèn)墩的自重、土的抗力來(lái)抵消內(nèi)水推力。內(nèi)水推力較大時(shí)，也可考慮采用限制性接頭措施。

鎮(zhèn)墩設(shè)計(jì)時(shí)，尚應(yīng)考慮地質(zhì)條件、地下水位等因素，合理確定鎮(zhèn)墩尺寸，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的。

7 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)距離輸水工程投資大，管線布置限制因素多，水錘效應(yīng)復(fù)雜，涉及的專(zhuān)業(yè)較多，需工程技術(shù)人員精心設(shè)計(jì)，通力配合，為工程實(shí)施打好基礎(chǔ)■