北京雁棲湖生態發展示范區供水工程輸水管線管材選擇

【摘要】本文通過對比各項參數，合理地選擇管材，使供水系統具有最佳“性價比”。隨后對輸水管道工程管線的材質對比分析、水力計算以及四種工況下的壓力計算，確定管材的選擇。

【關鍵詞】生態；發展；輸水管

一、工程概況

北京雁棲湖生態發展示范區位于北京市懷柔區，規劃總用地2097.97公頃，是承擔首都國際交往職能、具有國際峰會舉辦能力的重要功能區，是高品質的生態旅游和文化休閑勝地。本工程輸水管道9.5KM。

二、管線設計

2.1 管材選擇

結合目前國內管材生產和工程運行的實際情況，可選的管材包括鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、PCCP及PE管等，從連接密封性、水力性能、環境適應性、施工特點、使用壽命及綜合單價等方面考慮，擬采用鋼管作為本工程的輸水干線管材。復合鋼管為新型管材，綜合了塑料輸水管和鋼管的有點，具有造價低、內壁光滑、強度高、抗滲強、密封性強和耐久性強等特點，而且還具有適應復雜地形、抗震性能好、承壓能力強、重量較輕、運輸方便、施工快捷等特點。與傳統內水泥沙漿、外環氧煤瀝青防腐鋼管比，雖然造價略高，但防腐性能得到了明顯加強，并有效減少現場防腐施工的時間，縮短施工工期。鑒于上述比較，本工程輸水干線將采用內防腐為環氧樹脂、外防腐為聚乙烯的復合鋼管。

2.2 水力計算

新建輸水管線管徑分別為DN1000（約5.9Km）、DN900（2.0 Km）和DN700（1.6 Km）。考慮到本工程管線彎頭較多，取15%作為局部水頭損失計算值。取復合鋼管糙率n=0.010。按照遠期輸水規模，由水源地至雁棲水廠計算得總水頭損失55m，由水源地至興懷水廠計算得總水頭損失60m。經分析，取水源地至興懷水廠，管線進出口地形高差按23m計，水源井動水位按60m計，可知所需揚程為143m，目前應急水源工程水源井泵揚程為160m，可以滿足輸水需要。

2.3 管道壓力

工作壓力Fwk為管道在正常工作狀態下，作用在管內壁的最大持續水壓力。根據水力計算結果，各管段最大內水壓力為管線起點，0.8MPa。設計壓力Fwd為管道系統工作中，作用于管內壁的最大瞬時壓力，是管道持續工作壓力與水錘壓力之和。按照《給水排水工程管道結構設計規范》（GB50332-2002）的規定，鋼管設計壓力Fwd為工作壓力+0.5且不小于0.9 MPa，故本工程管道設計壓力取1.3 MPa。

2.4 鋼管結構計算

考慮鋼管長期運行的銹蝕、磨損和制造上的允許誤差，管壁的設計厚度比計算厚度增加2mm。

（1）計算方法：管身的結構計算根據《給排水水工程埋地鋼管管道結構設計規程》CECS 141：2002的要求，設計方法為極限狀態設計方法。對管道結構進行強度計算、穩定計算和剛度計算。

（2）工況及荷載組合：第一種工況：正常運行；第二種工況：施工完畢未投入運行；第三種工況：施工覆土后進行水壓試驗；第四種工況：運行時出現真空。其中第一、三種工況主要用于強度計算；第二種工況主要用于剛度計算；第四種工況主要用于穩定計算。

（3）鋼管管道結構計算成果如下（覆土厚度4.0米）：

DN1000鋼管（壁厚12mm）結構計算成果：

強度計算：管壁最大環向應力（N/mm2）設計值：209.48（允許值215）；管壁最大組合應力（N/mm2）：設計值：201.95（允許值215）。穩定計算：管壁截面的臨界壓力（N/mm2）：設計值：0.16（允許值0.34）。剛度計算：最大豎向變形（mm）：設計值：22.93（允許值30.18）

DN900鋼管（壁厚12mm）結構計算成果：

強度計算：管壁最大環向應力（N/mm2）設計值：199.28（允許值215）；管壁最大組合應力（N/mm2）：設計值：192.73（允許值215）。穩定計算：管壁截面的臨界壓力（N/mm2）：設計值：0.16（允許值0.39）。剛度計算：最大豎向變形（mm）：設計值：18.38（允許值27.18）

三、結論

由計算結果可知，本工程輸水干線可采用內防腐為環氧樹脂、外防腐為聚乙烯的復合鋼管，DN1000/DN900鋼管管壁厚12mm，可以滿足覆土厚度及設計內水壓力1.3MPa的結構要求。使用這種鋼管是經濟、合理、安全的。

參考文獻：

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[6]《給水排水工程管道結構設計規范》GB50332-2002

[7]《給排水水工程埋地鋼管管道結構設計規程》CECS 141：2002