山区长距离输水管道设计和施工方案分析

2016-03-21刘运波宜昌市水利水电勘察设计院湖北宜昌443000

低碳世界 2016年36期

刘运波（宜昌市水利水电勘察设计院，湖北宜昌443000）

山区长距离输水管道设计和施工方案分析

刘运波（宜昌市水利水电勘察设计院，湖北宜昌443000）

山区长距离重力流输水管道工程输水管线长、工作压大，沿线地形、地物条件复杂，输水管线随地形有升有降、起伏不平，具有一定的复杂性。因此，输水管道的设计非常重要。本文重点探讨了山区长距离输水管道设计中的设计与施工问题，希望能够给长距离输水管道提供实践价值。

山区；长距离输水管道；设计与施工；方案分析

1 引言

随着社会经济的迅速发展和人民生活水平的提高，对水资源的需求量日益增加，水资源供需矛盾日益突出。为解决某些地区水资源在时间和空间上分布不均衡、缺乏就近水源、用水困难问题，近年来，我国实施了许多抗旱应急水源长距离输水管道供水工程。为保障干旱缺水地区人畜饮水安全和社会经济发展发挥了重要作用。山区长距离输水管道设计不仅关系到工程本身的安全和经济合理性，而且关系到城乡居民生活用水和工矿企业生产用水安全，应引起重视。

2 长距离输水管道管线的选择

在山区输水系统中，输水管道承担着输送水的任务，由于管线长，需要的投资大，这就需要在选择管线时，实地勘测要细，主要有以下几点：①总体来说，在选择管线时，应尽量选择线路短、造价经济、起伏小、工程量小的线路；②在管线的选择时，难免会因为管线而对有些建筑进行拆迁，因此，应尽量减少拆迁；③对于管线的选择，不仅要考虑到眼前利益，还应考虑到长远利益；④对于管线的走向，其位置应尽量与规划要求相一致，尽可能按照现有的道路或规划道路敷设；⑤充分利用水位高差，如果条件允许，可以考虑重力流输水；⑥线路经历的地形越复杂，就会增加施工的难度和成本，因此，应尽量避免穿越山脊、河谷、沼泽泄洪、铁路等地区。

根据以上这些原则，在在输水管道的选取上，应先在地形图上布线，然后再进行实地踏勘。严格遵循选线的原则，在设计的过程中，可以设计两条线路，也可以将这两条线路细分为若干个线路，但是都应考虑穿越村庄、引桥、机井等地区，在选择路线后，还应对其进行反复的测量、比较、踏勘，然后确定出最经济、最简便的方案。

3 管材选择

据统计，重力流长距离输水管道工程中管道费用占总投资的60%以上，因此，管材的选择至关重要，它不仅关系到供水的安全性，更关系到工程的经济合理性。管材的选择应满足以下要求：有足够的强度，可以承受各种内外荷载；良好的水密性；水管内壁面光滑，水头损坏小；施工方便，安装便捷，运行可靠；价格较低，使用年限长，并且有较强的防止水和土壤侵蚀的能力等。

目前，一般可供选用的输水管材有PE管、预应力钢筒混凝土管、夹砂玻璃钢管、球墨铸铁管、钢管等。PE管是一种由聚乙烯合成的高分子塑料管，自重轻、阻力系数小，强度较高。预应力钢筒混凝土管是一种钢筒与混凝土制作的复合管。管芯为混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm钢筒，在管芯上缠绕预应力高强钢丝，外部采用泥浆保护层。夹砂玻璃钢管是以树脂为基本材料，玻璃纤维及其制品为增强材料，以石英砂为填充材料而制成的新型复合管材。球墨铸铁管是中低压输水工程中广泛使用的一种输水管材，具有强度高、韧性好、延伸率大、耐腐蚀等特点，内壁衬水泥磨光防腐，外壁采用喷锌后涂沥青防腐，是一种较理想的输水管材。钢管应用历史较长，是一种传统的输水管材。

4 压力水管优化设计与施工方案分析

4.1 对压力水管道的要求

确保管道自身以及接头的密封系与强度可靠；确保压力管道产生的能量消耗投资最低；确保泵站在正常运行过程当中压力水管道的稳定；在向管道当中充水或者泄空过程当中确保介质可以自由出入压力水管道内；在管道突然破裂之后要确保泵房的安全；可以在检修过程当中放空管道，确保检修工作的顺畅开展。

4.2 压力水管的材料选择

压力水管的水循环压力损失比较小，并且能耗较低，保证水泵在各种情形下都可以按照标准的工况运行，进而减少压力水管的维保费用。要适应泵站不同的用水需求，确保在各种不同的水管压力之下可以通过相应的设计流量。要保证管道在非常恶劣的环境条件影响之下，均能独立自主运行，不会产生位移变化、水击破坏以及滑移等现象的发生。水管材料要便于运输、检修、安装、维护和管理，保证压力水管检修顺利。节省钢材、水泥、木材等材料，保证整个工程投资成本最低。

4.3 安装方式

压力水管的安全方法能够分成平行安装、辐射状安装、并联安装以及串联安装四种。①辐射状安装管道的中心线会随着位置偏离中心而减少，其实质上是处于平行安装与并联安装之间的一种安装方式。②平行安装指的是压力水管管道中心线自始至终都是定值。对于低扬程、短管道的泵站而言，把压力水管顺着平行于泵站垂轴线方向进行设立，可以简化管道的结构，确保压力水管的运行稳定性。③串联安装是对于相邻泵站间没有建筑物的压力水管安装方法。针对高扬程泵站而言，假如泵站之间没有影响泵站装设的台地，可以利用串联方式把压力水管跟下一级水管连接。④并联安装指的是多个水泵共同利用一个压力水管，进而在最大程度上降低水管的利用，减少泵站的建设投入，多数用在多泵机组、长管道、高扬程的泵站建造。

4.4 长距离压力输水管道焊接控制

管道焊接应符合《管道下向焊接工艺规程》相关标准。对于淬硬性大而且壁厚较大的合金钢管，在进行管道焊接时，要进行管道预热，这样可以在一定程度上优化焊接接口处材料的韧性与塑性，减少材料的应力，提高焊接的质量。在预热的时候需要利用中频加热的方法处理，在预热的时候要确保预热温度均匀，而且要保证预热宽度超出破口两侧大约75cm。在预热之前要清理好长距离压力输水管道坡口位置的氧化皮、油污以及对接头质量有影响的杂质，防止因为污垢使得焊接产生气孔，确保长距离压力输水管道保持基本相同的焊接高度。在开展长距离压力输水管道焊接过程中，需要进行连续焊接，应该确保每个焊道之间的温度基本一样，这样才可以有效防止冷裂纹以及淬硬组织的产生。对于焊接的顺序与位置都需要严格结合有关焊接标准进行，在自动焊接的时候要仔细观察电弧在坡口停留的时间以及焊道的宽度，确保焊接宽度与温度均匀。

4.5 管道水锤防护

4.5.1 缓闭蝶阀

理论计算和工程实践表明，关阀水锤的大小与关阀时间长短有直接关系。因此，关阀水锤防护最有效、最经济的措施就是设置缓闭蝶阀延长关阀（开阀）时间。但另一方面，若关阀时间过长，又会引起运行操作不便且造成水资源浪费。因此，设计上可以拟定几种不同关阀时间方案，从中找出能最大限度降压而关阀时间又能接受的可行方案，使水锤压力处于可控制范围之内。

4.5.2 空气阀

长距离重力流输水管道运行时，水中的气体会逸出在管道凸起部位积聚，形成气囊，当水流发生变化时，这些气囊会被不断压缩、扩张，形成危害。因此，在管道的合理位置布置空气阀，既可以将管内积聚的气体及时排出，减小管道阻力，避免管内急剧升压，又可以在管道内出现负压时及时补气，消除水柱分离，避免发生水锤事故。为有利于空气排出，空气阀应布置在管道凸起点。若管线较长范围没有自然凸点，应人为每隔一定距离（1km左右）布置成一个高点，在驼峰处布设空气阀。