龐月珍

（文峪河水利管理局 文水 032100）

文峪河百金堡園區(qū)供水工程屬于自壓輸水管道供水工程。為解決入駐文水縣的多個企業(yè)用水緊張的問題，興建了此項工程。該工程設(shè)計年供水量1 500萬t。輸水管道全長5.6 km,管道直徑800 mm和600 mm，進口在文峪河永田渠16+987處,出口分別在園區(qū)成員企業(yè)廠區(qū)內(nèi),進出口高差為37.048 m。

2009年通水以來，項目工程運行良好。該工程的特點是輸水壓力大，管線高差大，因而搞好前期設(shè)計工作對于管道的安全運行及今后的管理維護是十分重要和必要的。

1 非低壓輸水管道的工作特點

（1）地形復(fù)雜:對于自壓輸水管道工程來說,地形條件都比較復(fù)雜,管線有升有降、起伏不平。

（2）工作壓力大：非低壓輸水管道的工作壓力超過了0.2 MPa,本工程的工作壓力達到了0.4 MPa,設(shè)計工作壓力為0.6 MPa。

（3）管道附件多：根據(jù)運行和管線布置的要求，管路中需裝設(shè)較多的附件。如本工程中共需安裝排氣閥16套，泄水閥9套；閘閥17套。

2 輸水管線的選線遵循以下原則

（1）輸水管線充分利用渠道水頭與地面落差，采用有壓重力式輸水，以減少能耗，降低工程運行成本。

（2）輸水管線布置盡量取直，減少轉(zhuǎn)折，以減少水頭損失及控制工程的規(guī)模，降低工程造價。

（3）輸水管線盡量靠近現(xiàn)有道路或規(guī)劃道路敷設(shè)，以方便施工和運行維護管理。

（4）盡量減少輸水管線穿越公路及河道（溝渠），并注意盡量避開不良土質(zhì)地帶。

（5）輸水管線布置時盡量避免穿越村莊和大片林地，以保護環(huán)境，方便群眾生產(chǎn)生活，避免造成水土流失。

3 縱斷的設(shè)計

（1）管道埋設(shè)深度確定。冰凍地區(qū)管道的管頂埋深須考慮土壤的冰凍深度及耕作要求，非冰凍地區(qū)管道的管頂埋深主要由外部荷載、管材強度及管道交叉等因素決定；為保證金屬管體不因動荷載的沖擊而降低強度，其管頂復(fù)土深度應(yīng)不小于1.0～1.2 m。

（2）排氣閥的設(shè)置。在管道運行過程中，水流會攜帶空氣進入管道，為了及時排出管內(nèi)空氣，避免管內(nèi)產(chǎn)生負壓，沿管路必須設(shè)置氣閥；為了保證每一個氣閥能正常工作，必須使相鄰兩個氣閥之間不出現(xiàn)最高點。本工程全線共12段，設(shè)置氣閥16個。

（3）排水閥的設(shè)置。規(guī)范要求，在管線的最低點須安裝排水閥，用以排除沉淀物以及檢修時放空管內(nèi)積水。本工程共設(shè)排水閥9套。

（4）鎮(zhèn)墩的設(shè)置。鎮(zhèn)墩的作用是連接兩端管道（包括管道的彎頭），使管道在離心力和斜管傳來的荷載作用下維持穩(wěn)定。鎮(zhèn)墩可由漿砌石或混凝土做成，如果斜管坡度較大，每隔20～30 m要設(shè)鎮(zhèn)墩一個，防止下滑。本管道工程共設(shè)置鎮(zhèn)墩17個。

（5）管路附件的設(shè)置。長距離輸水管道附件及轉(zhuǎn)角較多，設(shè)計中選取的角度越少，對于管件的加工和安裝越有利。其次采用同一角度對設(shè)計人員來講也是非常方便的。

（6）閥門井的設(shè)置。根據(jù)輸水管道流量調(diào)節(jié)、排氣、排水及檢修等需要，在管線適當(dāng)位置安裝各種閥門、儀表、分水三通及伸縮節(jié)等附件，并將這些附件集中安裝于閥門井內(nèi)，便于操作、檢修和保護。本工程閥門井設(shè)方形和圓形兩種共18座。

（7）管道的連接。輸水管道采用玻璃鋼管，彎管及分水三通采用鋼管，玻璃鋼管與鋼管、閥門、分水三通之間的連接均采用法蘭對接，玻璃鋼管之間采取承插連接，雙密封止水橡膠圈止水。

（8）管道的敷設(shè)。為不影響交通，管道穿越307國道和百金堡園區(qū)公路，采用DN1200鋼頂管施工，兼作套管，其他地段均采取開槽敷設(shè)。

（9）縱坡比降的設(shè)計。為方便計算，選取縱坡比降時，應(yīng)盡量采用整數(shù)坡降。比如1/30，1/50，1/100等，這對于推算每一個樁號的底高程非常有利。

4 管材選擇

可用于長距離大口徑輸水管的管材有：鋼管、鋼筋混凝土管（PCP）、球墨鑄鐵管（DIP）及玻璃纖維增強塑料加砂管（RPMP）共四種管材進行比較，見表1。

表1 各種管材的綜合造價比較

1）表1中，管徑是在管道設(shè)計流量0.48 m3/s情況下，按水力學(xué)計算公式得出的。管道工作壓力均按0.6 MPa計。

2）單位綜合造價指標(biāo)包括管溝開挖、砂墊層、管子鋪設(shè)及回填的建筑工程費，不包括配套建筑物攤銷，臨時工程攤銷，其他費用攤銷等。

從表1可以看出，球墨鑄鐵管（DIP）和鋼管的造價明顯高于其它兩種管材，本次設(shè)計不再考慮這兩種管材。在此基礎(chǔ)上，對玻璃鋼管與預(yù)應(yīng)力混凝土管的主要技術(shù)性能進行綜合比較，見表2。

表2 玻璃鋼管與預(yù)應(yīng)力混凝土管的比較分析表

由表1、表2可知，玻璃鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管綜合單位費用基本相近。但玻璃鋼管的管材技術(shù)特性明顯比預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管更具優(yōu)勢。近幾年來，國內(nèi)玻璃鋼管道價格大幅下降，已有愈來愈多的工程使用了玻璃鋼管。所以，本工程采用玻璃鋼管為推薦材料。

5 管徑的確定

在管道系統(tǒng)的布置（包括管道長度）和所需流量及水頭已定的情況下，管徑的選定需要通過技術(shù)經(jīng)濟的綜合比較，應(yīng)滿足：①管網(wǎng)任意處工作壓力的最大值應(yīng)不大于該處材料的公稱壓力；②管道流速應(yīng)不小于不淤流速（一般取0.5 m/s），不大于最大允許流速（通常限制在2.5～3.0 m/s）；③設(shè)計管徑必須是已生產(chǎn)的管徑規(guī)格。一般經(jīng)濟管徑可由下式計算：

式中：d——玻璃鋼管直徑，m；

Q——計算管段的設(shè)計流量，m3/h；

ν——管道輸水流速，m/s，本次設(shè)計采用3.5 m/s。

根據(jù)各企業(yè)用水需求的不同，本工程中管道設(shè)計輸水流量分為兩段，并據(jù)此計算出采用兩種管徑即0+000～4+091段采用800 mm，4+091～5+812段采用600 mm。

管道沿程水頭損失按有壓管道公式計算：

式中：hf—管道沿程水頭損失，m；

f—沿程水頭損失摩阻系數(shù)，取0.000915；

m—流量系數(shù)，取m=1.77；

d—管徑，m；

b—管徑系數(shù)，取b=4.77；

L—管道長度，L1=4 091 m，L2=1 721 m。

計算得管道沿程水頭損失hf1=2.96 m，hf2=1.44 m，hf=2.96+1.44=4.40 m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算，即 4.40 m×10%=0.440 m。

總水頭損失為沿程水頭損失與局部水頭損失之和，即4.40 m+0.44 m=4.84 m。

所以，管道水流凈水頭為48.452-4.84=43.612 m，完全能夠滿足各用戶引水入網(wǎng)的水頭要求。

根據(jù)管道動水壓力并考慮水錘后確定管道工作壓力為0.6 MPa。

6 運行管理

非低壓管道輸水工程工作壓力大，地形復(fù)雜，這不僅給設(shè)計增加了難度，而且在管理運行時也應(yīng)特別注意以下幾點：

（1）管道安裝的各種閥門、儀表、法蘭及伸縮節(jié)等設(shè)備，應(yīng)確定專人定期檢修。

（2）控制蝶閥如果開關(guān)時間過短，勢必造成管道內(nèi)水擊壓力上升，威脅到管道的安全。為了防止蝶閥在開關(guān)過程中造成管道內(nèi)水擊壓力升高，必須通過延長蝶閥開、關(guān)時間減小管道內(nèi)水擊壓力。排氣閥發(fā)生振動或有特殊聲音時，要立即檢查修理。蝶閥操作時要注意慢開慢關(guān)，適當(dāng)延長開關(guān)時間，以防止管道內(nèi)水錘壓力升高。

（3）定期巡查管道沿線，發(fā)現(xiàn)管道漏水、覆蓋破壞或被占壓等情況時，要及時處置，使管道及其附屬設(shè)備保持良好運行狀態(tài)。