贵州二道坝水库输水线路管材及管径比选

刘顺萍



贵州二道坝水库输水线路管材及管径比选

刘顺萍

摘要在输水工程设计中，管道投资占工程总投资的比例较大，因此，管材、管径的选择显得尤为重要。PCCP管以良好的密封性、耐久性、抗压性等优点，得到广泛应用，其适应口径范围大，施工方便快捷无污染，质量容易得到保证。管径的选择直接影响到工程投资以及建成后的运行状况，以贵州省二道坝水库工程为实例，通过可比投资比较，初步选出经济管径，为类似工程前期设计提供借鉴。

关键词管材PCCP管经济管径可比投资

1　工程概况

二道坝水库位于贵州省威宁县兴隆河下游，羊街镇银河村附近，工程主要任务为向威宁县城和五里岗工业园区供水，兼顾灌溉和农村人畜饮水，结合发电。水库死水位1 784.00 m，正常蓄水位1 810.00 m，总库容4 034万m3。主要建筑物包括拦河坝、溢洪道、输水线路建筑物、灌溉线路建筑物、发电引水建筑物及厂房等。

本工程输水管线的引水起点为二道坝水库，通过输水管线将水引至五里岗工业园区水厂 （高程2 300 m附近），全线设计流量为1.9 m3/s，中间无分水。输水线路由进水口、有压隧洞、3座泵站、钢管埋管、PCCP埋管、交叉建筑物以及附属建筑物等部分组成，其中PCCP管线长度14 060 m，直径1.4 m。

本工程输水沿线为低山丘陵地貌，管线地形地势复杂，输水流量大，管径大，管线承受的内压、外压均较大，沿线坡度较陡，管线转弯较多，且本工程采用单管输水，输水保证率要求较高，因此，在工程设计中管材及管径选择就显得重要，一方面对投资影响大，另一方面对运行安全起到关键作用，本文就输水管线管材及管径选择进行说明。

2　管材选择

由于管材投资占输水管道工程投资的比例较大，因此，有必要在长距离输水工程设计中，根据工程所在地的地形、地貌、地质情况，以及当地管材的生产情况、应用管材的习惯，特别是工程的资金落实情况，经技术、经济、安全等方面论证比较后确定。

本工程要求所选管材具备以下特点：

（1）能承受一定的工作压力，本工程管道内水流大多为有压流，最大静水头150余m。通常管材允许工作压力大于最大正常工作压力的1.4倍，若可能产生较大的水击压力时，管材的允许工作压力可能会更大；因此，工程要求所有管道能承受一定工作压力的同时，部分管段还应能承受较高的工作压力。

（2）应具备一定的抗外荷能力，由于本工程采用埋管形式，沿线地形条件复杂，埋深变化范围大，某些部位还要穿越公路及河流，因此，管道需要承受除管顶填土静荷载外，还应承受车辆等动荷载以及管底部不均匀沉陷和管道内外温差引起的集中荷载。

（3）本工程采用泵站加压供水，要求节省运行费用，因此，要求管内壁光滑，输水能力强，长期输水时，输水能力应基本不变。

（4）由于本工程所输送的水主要为城镇的生活用水，对水质要求高，因此，要求管材长期与水接触时，不应产生对人体有害的化学物质及有毒物质。

（5）管材应具有良好的抗腐蚀性能，对于金属管材等抗腐蚀性能差的管材，应根据具体情况采取必要的防腐措施。

（6）管材应耐老化，使用寿命长。

（7）管材与管材、管材与管件连接方便，连接处应满足工作压力、抗弯折、抗渗漏、强度、刚度及安全等方面的要求。

（8）在满足输水安全的前提下，造价应尽可能低，做到经济合理、维护方便。

在城市引水工程中，采用大口径管道（DN 1 000 mm）输水是大势所趋，能够选用管道的工程，要优先考虑采用管道。目前长距离输水工程可选管材一般分为金属管和非金属管。常用口径在DN1000mm以上管材主要有钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、玻璃钢夹砂管（FRPM）、预应力混凝土管（PCP）和预应力钢筒混凝土管（PCCP）等。不同管材的技术经济比较见表1。

通过对几种可选管材使用性能的综合分析和对该工程施工技术、工程费用的综合考虑，本工程最终选择采用PCCP管和钢管混用方案。在平地及缓坡（坡度在10°以下）采用PCCP管；在高坡陡坎、坡度在25°以上处，穿越河流、公路处、管道转弯处、阀室处、分水处，地形地质条件复杂、管材运输困难地段等采用钢管代替。

3　管径比选

本阶段有压输水埋管的管材拟用PCCP管，其经济管径的选择直接影响到工程建成以后的运行状况和工程总费用。在输水流量一定的情况下，管内流速与管径的平方成反比。管径越大，管内流速越小，水头损失也越小，泵站的相关投资及运行费用就越低，但管道的建设投资则越大；反之，管径越小，管内流速越大，水头损失也就越大，泵站的相关投资及运行费用越高，但管道的建设投资则越小。

经济管径就是管道输水工程在一定的运行期内总费用最小的管径。管道输水工程总费用包括以下各项：

（1）管道工程投资。管道工程投资包括沟槽开挖和回填费用、垫层费用及管材材料和运输费用等。

（2）加压泵站建设投资。按工程类比法对不同水头下的泵站建设投资按装机总容量进行估算。

（3）加压泵站运行费用。按工程类比法对不同扬程、不同装机容量下的加压泵站年运行费用进行估算，工程运行期按30年估算。

管道的附属设施及附件如阀门等的费用未计入总投资，管线上交叉建筑物等的投资也未列入，这些投资在长距离管道总投资中所占的比例很少，不是影响管径选择的主要因素。

在投资偿还期内，管道输水工程总投资现值按下式计算：

式中P——投资偿还期内的总费用；

C——管道工程投资；

D——泵站建设投资；

F——泵站年运行费用；

T——工程运行期，a。

对应于经济管径计算的管线工程的投资只是一个相对值，它与管线长度有关，管线越长，管道工程投资越大。

在设计流量1.9 m3/s下，输水管道流速控制在0.6～2.5 m/s，即流速防止水中杂质在水管内沉积的速度，在此流速范围内选择6种管径进行比较。具体比较如表2。

从表中可以看出，按8%折现率计算，计入泵站30年运行费用后，管径DN 1 400 mm投资为78 714万元，投资最少，本阶段输水线路管道直径选为DN 1 400 mm。

表1　输水管材比较表

表2　输水线路经济管径比较表

4　结语

结合工程实际情况，通过管材选择和经济管径比较，本工程最终选择采用PCCP管和钢管混用方案。在平地及缓坡 （坡度在10°以下）采用PCCP管；在高坡陡坎、坡度在25°以上处，穿越河流、公路处、管道转弯处、阀室处、分水处、与前后建筑物连接处，地形地质条件复杂、管材运输困难地段等采用钢管代替。管道直径以DN 1 400 mm为主，局部与隧洞连接处采用DN 1 800 mm。本文只对PCCP管进行管径比较，在充分发挥PCCP管安全性高、经济合理、维护方便等优点的基础上，选择了总费用最小的经济管径，既提高了供水保证率，保障了管线运行安全，又节省了工程投资。

中图分类号TV672+.2

文献标识码B

文章编号1007-6980（2016）01-0027-02

作者简介

刘顺萍女工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

收稿日期（2015-11-10）