長距離供水工程重力輸水技術研究

薛昱潔

（山東省調水工程運行維護中心龍口管理站,山東 龍口265700）

現代供水工程建設水平持續提升,越來越多先進的技術被使用到供水工程系統中,重力輸水技術在現代各類供水工程中發揮的作用較為關鍵,使用率也相對比較高,能夠實現對供水安全以及供水質量的保障。然而在實際的供水工程之中,施工單位必須要對建筑建設不規范以及投資成本過高的情況進行克服,成功完成供水工程建設。現在我國經濟社會的發展水平還在不斷提高,但是由于受到了自然環境的影響,我國的水資源分布情況并不均勻,同時利益于技術的發展,我國的大直徑長距離輸水系統已經得到了一定的應用,但是其中仍然有很多質量要點需要我們進行重點控制。本文依照對重力輸水技術的了解,探討其被運用到長距離類供水工程中的具體情況。

1 項目概況

對于很多長距離的輸水工程來說,鋼管的應用可以起到良好的效果,其不僅僅有一定的延展性,同時也可以保證結構上的整體性,在施工當中較為便捷,所以可以在較多類型的埋地施工當中得到應用, 同時鋼管也是管徑在10m 以上的輸水管道的首選材料,但是其應用當中非常容易出現一定的問題,最為嚴重的就是材料的腐蝕問題,其將會直接影響工程的使用壽命,所以對于施工技術進行總結意義重大。某再生水供水工程起點為污水處理廠,終點為礦區分水廠,管道全長43km。建設主要任務是解決大南湖礦區水資源供需矛盾,滿足各煤電化基地用水需求。供水工程主要解決多個電廠的工業用水, 年供水量1065 萬m3, 工程規模為中型。管道起點高程為716m,末端高程為558m,首末端落差158m,全線采用重力輸水方式。工程區沿線地貌類型由北向南包含有沖、洪積平原下部,剝蝕準平原和剝蝕殘山等,主要為沖、洪積砂土、粉土、粉質黏土及黏土。工程區地震動峰值加速度為0.05g,對應的地震烈度Ⅵ度。

2 選擇管材

對輸水管道的主要構成材質進行選擇時,需要依托工程的實際建設規模,分析管道所承擔的具體工作壓力,必須了解工程本身的建設價值、開展進度與輸水距離數值,在前期的工程調查環節中,必須掌握工程地質、地貌與地形條件,全面展開安全、經濟與技術等多個層面的分析以及論證工作。該工程以工程情況為準,選擇運用了兩種類型的管材, 分別是玻璃鋼管與涂塑復合型鋼管。其中的涂塑復合型鋼管具有極好承壓效果,可用的時間也很長,具備極高的運行安全等級,運行成本不高,但是管道本身的價格比較高。玻璃鋼管的耐腐蝕性能相對比較強,相比另外一種管道,其價格更低,能夠將整體工程造價縮減,但是使用范圍比較小,可被運用到中低壓供水條件下。在對種植耕地進行穿越時,運用涂塑鋼管,對重工業園區進行穿越時,考慮到地形落差不大,因此首段約86m 處運用玻璃鋼管,后續運用涂塑鋼管。在自然環境當中,鋼管非常容易出現腐蝕問題,不僅僅其內部會出現腐蝕,同時其外部也面臨著該問題,所以無論是內防腐還是外防腐,都是輸水鋼管施工當中需要我們重視的問題。但是其應用年限較長,并且其檢修施工難度較大,加之工程有一定的隱蔽性,所以即使出現了腐蝕問題也不容易及時發現, 這就需要我們結合實際情況來做好防腐施工。

如果一個輸水鋼管沒有及時進行內壁防腐施工, 在應用一段時間后,就會在內壁上出銹層、壁坑,在檢修過程當中,其中會涌入大量的空氣,所以加快銹化過程,并且也會在一定程度上影響供水后的水質,并且隨著時間的推移,銹蝕問題會越來越嚴重。在外部,多會應用覆蓋層和涂料,但是如果其技術不過關或材料質量存在總量,則會在一定程度上影響管道的使用質量,同時現在應用的補口技術也沒有得到很好的應用,同時管道防腐層也會較早地出現質量問題,所以現在看來,針對于鋼管施工當中的防腐技術進行探究就顯得非常重要。

3 輸水管道設計

局部水頭損失依據管道的鋪設情況, 可取到沿程水頭損失的5～10。結合本工程的具體情況,局部水頭損失取到沿程水頭損失的10。依據《城鎮供水長距離輸水管(渠) 道工程技術規程》CECS193-2005 壓力輸水管道的工稱壓力應根據最大使用壓力確定,其值應為最大使用壓力加0.2～0.4MPa 安全余量,輸水管道的最大使用壓力應經過水錘計算決定。水錘防護設計應保證管道最大水錘壓力不超過1.3～1.5 倍最大工作壓力。故管材工稱壓力的確定為:管材工作壓力-1.5×設計靜水壓力+0.2MPa。管溝開挖深度大于挖掘機最大挖深時,溝槽分層開挖,開挖斷面一側設置機械操作平臺。開挖邊坡根據地層巖性確定,巖石段開挖邊坡1:0.3,砂礫石、碎石土及黏土開挖邊坡1:0.5。輸水管溝縱斷面設計,首先滿足凍土深要求,盡量順原地形開挖管溝,在局部凸起處進行坡度調整,使管道平順。

4 應用重力輸水技術設計管線的主要建筑物

4.1 交叉建筑物設計

管道沿線需要對河壩進行穿越,樁體長度是65m,河床的水面線實際寬度達到5m,管底下方深度為1.5m 的位置需實施換填施工,使用砂粒石料材料,形成混凝土墊塊,將砂礫石覆蓋到管頂上方,直到原本河床高程的位置,當地凍土深度不能超過輸水管道的埋深。管線需穿越多處土路,同時還需穿越幾處公路。需要對土路進行穿越時,應當選擇開挖管溝的方式,管道鋪設工作后展開,同時還應使用鋼管套對管道加以保護。管線對柏油公路進行穿越時,此路段可采取頂管施工法。該管線還需對西氣東輸的管線進行穿越,管道交叉角度為90°,可從西氣東輸管線系統的下方進行通過,針對交叉部位,對管道的凈空距離展開控制,使其需在1.0m 以上,管道的中心線兩端一定范圍之內,需通過人工化的方式完成回填與開挖工作,如果有管道需暴露在外,應當實施保護,同時保護并行的光纜,結束施工后,將警示牌與管道交叉樁號設置管道的交叉部位,在管道的陡坡、拐彎以及分岔的位置建設鎮墩,其材料為混凝土材料,通過使用瀝青,實現防腐保護,精準控制鎮墩的結構尺寸。

4.2 對放空閥井與閥井檢修

結合輸水管道施工技術相關要求,結合輸水管道的長度信息,需合理地對檢修閥門展開設計,依照管道具體的鋪設狀況,完成閥門之間的距離的設置,也不能忽視可能會形成的各種事故,管道的具體強度, 出現事故之后, 進行排水工作的難以程度, 可在5 到10km 的間隔距離進行設置,本工程檢修閥的數量為9 座。將放空閥井設置到管道低洼部位,在此過程中,應當考察管道被排空的情況下,是否存在泄水通道,防空閥井的設置數量也是9 座。

4.3 設計閘閥流量計井

此井主要是時對分水口的具體分水流量以及首端處的引水流量實施控制,在對流量展開控制時,主要對調節閘閥進行使用,還需增設電磁流量計,應對閘閥的實際開度加以控制,以此來保障閘閥能夠被正常有效地應用,不會輕易有故障。

為確保流量計的流量傳感器在測量時,管道中充滿水,不能出現非滿管狀態,將管道布置為虹吸管,為保證測量的穩定性,應在傳感器的前后設置一定長度的直管段。

4.4 設計調節池

在污水處理廠外管道首端設置調節池, 本工程年供水量為1225 萬rn3,根據《室外給排水設計規范》,調節池容積按照最高日設計水量的10～20 確定, 供水天數按300d 計算, 日供水量為40833m3/d,則調節池容積確定為8000m3。新建的兩座4000 調節池采用并聯方式,調節池之間采用DN720(t=6mm)涂塑鋼管相連,連接管上設置蝶閥控制。4000m3 的調節池為方形池,為鋼筋砼結構。

4.5 控制水錘破壞性

長距離重力輸水工程中, 水錘保護措施多樣, 包括超壓泄壓閥、緩沖排氣閥、箱式雙向調壓塔等。從超壓泄壓閥保護措施入手分析,由先導閥與主閥組成,當管道壓力達到極限時,閥門自動開啟,以泄出流量方式減壓,壓力穩定安全運行的管道,閥門處于關閉狀態。管道水錘壓力得以有效控制,但對斷流水錘負壓情況無法控制,且國內的超壓泄壓閥都存在動作滯后1-2s、拒動作等問題。

結束語

工業化發展的范圍逐漸延伸,水資源方面的矛盾也更加明顯,水資源顯現出競爭性、基礎性與稀缺性等特征。因此需要對再生水進行合理運用,同時也形成了長距離輸水需求,本文依托實際供水工程項目,研究了長距離條件下,應如何在供水工程設計中,運用重力輸水技術,主要分析了基本設計要點。施工單位在具體建設活動中不僅要對設計要點加以把握,同時還要運用一定的安全措施,完成運行管理工作,保障供水工程可成功進行。