新疆古爾圖河八級水電站溝埋管道設計

李斌

摘 要：本文通過對古爾圖河八級站溝埋管道設計的總結，探討了新疆徑流式水電站溝埋管道的橫斷面設計、管道結構設計、抗外壓設計及管道防腐等問題，供類似工程借鑒。

關鍵詞：古爾圖河八級站 溝埋管道 橫斷面 結構設計 管道防腐

1.工程概況

古爾圖河梯級水電站八級站是新疆建設兵團第七師古爾圖河上的第6個梯級，屬于徑流式水電站。電站廠房位于烏伊公路以北約2.2km處。電站共裝3臺機組，總裝機容量為7.0MW。

古爾圖河梯級水電站八級站屬小（2）型Ⅴ等工程。電站總布置由取水口、引水渠、前池、壓力管、主副廠房、尾水渠、升壓站、尾水渠、退水渠等組成。工程區地震設防烈度為Ⅷ度。

2.壓力管道設計

2.1基本地質

壓力管道走向近北東南西向，全長1.8km，位于古爾圖河右岸Ⅲ級階地上，地表出露和探井揭露地層為厚層的上更新統沖洪積松散堆積卵石，卵石成分以硬質巖石花崗巖和凝灰巖為主，約占成分的80%。壓力管道沿線承載力特征值240～280kpa。地勢平坦，地表植被稀少。

2.2總體布置

壓力溝埋管道起始段與壓力前池軸向成平行布置，全長1.8km。壓力溝埋管道進口處位于前池通氣孔后，進口中心線高程為542.13m，末端接蝶閥，蝶閥中心線高程為500.00m。壓力管一根主管供三臺機組，設計發電流量20.5m2/s。主管內徑3.0m。支管內徑分別為1.5m、1.5m、1.25m，岔管形式選用三梁岔，采用非對稱Y形布置。

2.3壓力管道管材選型

2.3.1管材比較

壓力管道沿線在三級臺地上，總長約1.73km，管道區內最大相對高差約34.7m，地勢平緩。根據附近工程經驗，在這種較為平緩地形里布置壓力管，地埋壓力管方案優勢明顯：投資省，占地小、施工方便。因此本工程壓力管道擬采用地埋壓力管方案。本工程擬采用三種管材進行比較：鋼管、玻璃鋼管、PCCP管。

2.3.2鋼管

鋼管的優點是結構安全可靠，各種壓力下均能滿足結構要求，管件質量較輕，運輸費用低；缺點是需現場拼裝管段，存在現場安裝焊縫，對胸腔回填土的施工質量要求較高，需涂裝內外防腐層。

2.3.3預應力鋼筒混凝土管（PCCP管）

預應力鋼筒混凝土管（PCCP管）的優點是結構可靠，造價較低，缺點是每段質量高，運輸費用高，安裝時需配有一定的起吊設備。

2.3.4玻璃管夾砂管

玻璃管夾砂管的優點是管段質量較輕，運輸費用低，安裝簡便，管壁糙率小，其管徑亦可相應縮小，造價低；缺點是對胸腔回填土的施工質量要求嚴格。

2.3.5管材比較

從上述內容可以看出，鋼管是傳統管材，施工工藝成熟，應用廣泛，但造價偏高；玻璃鋼管是一種較為新型的管材，具有自重輕、安裝方便快捷、造價低等優點，但是玻璃鋼管抗外壓能力差，同時使用年限較PCCP管短；PCCP管具有造價低、安裝方便等優點，但自重較大，限制在坡度平緩的場地施工。

2.4溝埋管道橫斷面設計（如圖）

管溝開挖尺寸：底寬4.2m，開挖邊坡為1：0.5；

由于回填土為砂礫石，為防止施工時破壞管道的外壁防腐，在管道外壁四周回填30cm厚的細砂墊層，管道其他部位分為三個區進行回填，Ⅰ區回填密度為0.75，Ⅱ區回填密度為0.7，Ⅲ區為松填。管道回填之前需對溝底進行平整，剔除軟弱夾層、尖角礫石及超粒徑材料。

2.5管道結構設計

（1）設計原則。本工程溝埋管道的結構設計包括鋼管承受內壓結構設計和鋼管抗外壓穩定設計。

（2）基本參數。①鋼管管徑：本工程全線主管管徑均為3.0m；②鋼材：全線管道均采用Q235C鋼板，屈服點強度δs=235MPa，抗拉強度δb=235MPa；③內水壓力：壓力管最大內水壓力為60.0m；④外部壓力：壓力鋼管上部覆土厚度為2.0m。

（3）計算方法及成果。對于長壓力溝埋管道的計算按《給水排水工程埋地鋼管管道結構設計規程》（CECS141：2002）進行計算。對于溝埋管道，有管道本身承受內水壓力。對于溝埋管道的抗外壓穩定計算，抗外壓穩定系數K，光面管取2.0，加勁環式鋼管取1.8。光面管的Pcr按規范推薦的經驗公式及阿姆斯特茲公式進行計算，包括加勁環間管壁的穩定及加勁環自身的穩定計算。結構計算結果：溝埋管道全程采用Q235C鋼板，壁厚為8～12mm。鋼管外均設置換高100mm，環厚10mm的加勁環，加勁環間距均為1500mm。

3.壓力管道防腐設計

3.1壓力鋼管內壁防腐

內壁防腐涂料用于管壁內與水流相接觸的部位，采用超厚漿型無溶劑耐磨環氧漆，分為兩層進行噴涂，每層厚400μm。

3.2壓力鋼管外壁防腐

外壁防腐涂料用于鋼管、加勁環與回填土相接觸的部位，采用三布四油環氧煤瀝青漆進行防腐，其涂層結構為1道底漆、1道厚2mm面漆、1道玻璃絲布、1道厚2mm面漆、1道玻璃絲布、1道厚2mm面漆、1道玻璃絲布、2道面漆，刷涂總厚度大于0.8mm。

4.結語

古爾圖河八級站于2013年7月完工并開始發電，試運行過程中鋼管運行良好，沒有出現異常現象。當然溝埋管道的設計情況還可以根據運行后的觀測情況進行進一步的評價。但是總體上古爾圖河八級站作為首例在新疆建設兵團第七師水電站長壓力管道的設計是值得總結回顧的。

參考文獻：

[1]給水排水工程埋地鋼管管道結構設計規程[S].CECS141：2002.

[2]水電站壓力鋼管設計規范[S].SL281-2003.

[3]鋼結構設計規范[S].GB50017-2003.endprint