山區長距離輸水管道設計和施工方案分析

劉運波（宜昌市水利水電勘察設計院，湖北宜昌443000）

山區長距離輸水管道設計和施工方案分析

劉運波（宜昌市水利水電勘察設計院，湖北宜昌443000）

山區長距離重力流輸水管道工程輸水管線長、工作壓大，沿線地形、地物條件復雜，輸水管線隨地形有升有降、起伏不平，具有一定的復雜性。因此，輸水管道的設計非常重要。本文重點探討了山區長距離輸水管道設計中的設計與施工問題，希望能夠給長距離輸水管道提供實踐價值。

山區；長距離輸水管道；設計與施工；方案分析

1 引言

隨著社會經濟的迅速發展和人民生活水平的提高，對水資源的需求量日益增加，水資源供需矛盾日益突出。為解決某些地區水資源在時間和空間上分布不均衡、缺乏就近水源、用水困難問題，近年來，我國實施了許多抗旱應急水源長距離輸水管道供水工程。為保障干旱缺水地區人畜飲水安全和社會經濟發展發揮了重要作用。山區長距離輸水管道設計不僅關系到工程本身的安全和經濟合理性，而且關系到城鄉居民生活用水和工礦企業生產用水安全，應引起重視。

2 長距離輸水管道管線的選擇

在山區輸水系統中，輸水管道承擔著輸送水的任務，由于管線長，需要的投資大，這就需要在選擇管線時，實地勘測要細，主要有以下幾點：①總體來說，在選擇管線時，應盡量選擇線路短、造價經濟、起伏小、工程量小的線路；②在管線的選擇時，難免會因為管線而對有些建筑進行拆遷，因此，應盡量減少拆遷；③對于管線的選擇，不僅要考慮到眼前利益，還應考慮到長遠利益；④對于管線的走向，其位置應盡量與規劃要求相一致，盡可能按照現有的道路或規劃道路敷設；⑤充分利用水位高差，如果條件允許，可以考慮重力流輸水；⑥線路經歷的地形越復雜，就會增加施工的難度和成本，因此，應盡量避免穿越山脊、河谷、沼澤泄洪、鐵路等地區。

根據以上這些原則，在在輸水管道的選取上，應先在地形圖上布線，然后再進行實地踏勘。嚴格遵循選線的原則，在設計的過程中，可以設計兩條線路，也可以將這兩條線路細分為若干個線路，但是都應考慮穿越村莊、引橋、機井等地區，在選擇路線后，還應對其進行反復的測量、比較、踏勘，然后確定出最經濟、最簡便的方案。

3 管材選擇

據統計，重力流長距離輸水管道工程中管道費用占總投資的60%以上，因此，管材的選擇至關重要，它不僅關系到供水的安全性，更關系到工程的經濟合理性。管材的選擇應滿足以下要求：有足夠的強度，可以承受各種內外荷載；良好的水密性；水管內壁面光滑，水頭損壞小；施工方便，安裝便捷，運行可靠；價格較低，使用年限長，并且有較強的防止水和土壤侵蝕的能力等。

目前，一般可供選用的輸水管材有PE管、預應力鋼筒混凝土管、夾砂玻璃鋼管、球墨鑄鐵管、鋼管等。PE管是一種由聚乙烯合成的高分子塑料管，自重輕、阻力系數小，強度較高。預應力鋼筒混凝土管是一種鋼筒與混凝土制作的復合管。管芯為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm鋼筒，在管芯上纏繞預應力高強鋼絲，外部采用泥漿保護層。夾砂玻璃鋼管是以樹脂為基本材料，玻璃纖維及其制品為增強材料，以石英砂為填充材料而制成的新型復合管材。球墨鑄鐵管是中低壓輸水工程中廣泛使用的一種輸水管材，具有強度高、韌性好、延伸率大、耐腐蝕等特點，內壁襯水泥磨光防腐，外壁采用噴鋅后涂瀝青防腐，是一種較理想的輸水管材。鋼管應用歷史較長，是一種傳統的輸水管材。

4 壓力水管優化設計與施工方案分析

4.1 對壓力水管道的要求

確保管道自身以及接頭的密封系與強度可靠；確保壓力管道產生的能量消耗投資最低；確保泵站在正常運行過程當中壓力水管道的穩定；在向管道當中充水或者泄空過程當中確保介質可以自由出入壓力水管道內；在管道突然破裂之后要確保泵房的安全；可以在檢修過程當中放空管道，確保檢修工作的順暢開展。

4.2 壓力水管的材料選擇

壓力水管的水循環壓力損失比較小，并且能耗較低，保證水泵在各種情形下都可以按照標準的工況運行，進而減少壓力水管的維保費用。要適應泵站不同的用水需求，確保在各種不同的水管壓力之下可以通過相應的設計流量。要保證管道在非常惡劣的環境條件影響之下，均能獨立自主運行，不會產生位移變化、水擊破壞以及滑移等現象的發生。水管材料要便于運輸、檢修、安裝、維護和管理，保證壓力水管檢修順利。節省鋼材、水泥、木材等材料，保證整個工程投資成本最低。

4.3 安裝方式

壓力水管的安全方法能夠分成平行安裝、輻射狀安裝、并聯安裝以及串聯安裝四種。①輻射狀安裝管道的中心線會隨著位置偏離中心而減少，其實質上是處于平行安裝與并聯安裝之間的一種安裝方式。②平行安裝指的是壓力水管管道中心線自始至終都是定值。對于低揚程、短管道的泵站而言，把壓力水管順著平行于泵站垂軸線方向進行設立，可以簡化管道的結構，確保壓力水管的運行穩定性。③串聯安裝是對于相鄰泵站間沒有建筑物的壓力水管安裝方法。針對高揚程泵站而言，假如泵站之間沒有影響泵站裝設的臺地，可以利用串聯方式把壓力水管跟下一級水管連接。④并聯安裝指的是多個水泵共同利用一個壓力水管，進而在最大程度上降低水管的利用，減少泵站的建設投入，多數用在多泵機組、長管道、高揚程的泵站建造。

4.4 長距離壓力輸水管道焊接控制

管道焊接應符合《管道下向焊接工藝規程》相關標準。對于淬硬性大而且壁厚較大的合金鋼管，在進行管道焊接時，要進行管道預熱，這樣可以在一定程度上優化焊接接口處材料的韌性與塑性，減少材料的應力，提高焊接的質量。在預熱的時候需要利用中頻加熱的方法處理，在預熱的時候要確保預熱溫度均勻，而且要保證預熱寬度超出破口兩側大約75cm。在預熱之前要清理好長距離壓力輸水管道坡口位置的氧化皮、油污以及對接頭質量有影響的雜質，防止因為污垢使得焊接產生氣孔，確保長距離壓力輸水管道保持基本相同的焊接高度。在開展長距離壓力輸水管道焊接過程中，需要進行連續焊接，應該確保每個焊道之間的溫度基本一樣，這樣才可以有效防止冷裂紋以及淬硬組織的產生。對于焊接的順序與位置都需要嚴格結合有關焊接標準進行，在自動焊接的時候要仔細觀察電弧在坡口停留的時間以及焊道的寬度，確保焊接寬度與溫度均勻。

4.5 管道水錘防護

4.5.1 緩閉蝶閥

理論計算和工程實踐表明，關閥水錘的大小與關閥時間長短有直接關系。因此，關閥水錘防護最有效、最經濟的措施就是設置緩閉蝶閥延長關閥（開閥）時間。但另一方面，若關閥時間過長，又會引起運行操作不便且造成水資源浪費。因此，設計上可以擬定幾種不同關閥時間方案，從中找出能最大限度降壓而關閥時間又能接受的可行方案，使水錘壓力處于可控制范圍之內。

4.5.2 空氣閥

長距離重力流輸水管道運行時，水中的氣體會逸出在管道凸起部位積聚，形成氣囊，當水流發生變化時，這些氣囊會被不斷壓縮、擴張，形成危害。因此，在管道的合理位置布置空氣閥，既可以將管內積聚的氣體及時排出，減小管道阻力，避免管內急劇升壓，又可以在管道內出現負壓時及時補氣，消除水柱分離，避免發生水錘事故。為有利于空氣排出，空氣閥應布置在管道凸起點。若管線較長范圍沒有自然凸點，應人為每隔一定距離（1km左右）布置成一個高點，在駝峰處布設空氣閥。

5 結語

綜上所述，在山區長距離輸水管的設計過程中，對管道的投資非常大，需注意的問題有許多。根據工程規模、地形地質、重要性等進行綜合分析，選擇管材和工作壓力，從而選擇最經濟、最合理的設計。但是在技術和安全措施上，還應對其進行更為深入的研究。

[1]羅春林，楊玉芳，王愛軍，楊萍萍.有壓重力流長距離輸水管道設計體會[J].給水排水，2012（08）.

[2]馬蘭蘭.長距離多支管重力流輸水系統水錘防護研究[D].長安大學，2013.

[3]王 棟.大高差長距離重力輸水管道水錘防護技術研究[D].長安大學，2013.

TV672.2

A

2095-2066（2016）36-0134-02

2016-12-13

劉運波（1981-），男，工程師，本科，主要從事水利水電勘察設計工作。