山家寨输水管道设计及施工

龙祥能

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

山家寨输水管道设计及施工

龙祥能

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

为了保证水质和水量，管道输水在水利工程跨区域输水中的运用越来越广。管道输水既能保证水质、减少泄漏，同时又能适应地形起伏，其在输水工程中的优势越来越明显。本文结合夹岩水利枢纽及黔西北供水工程中的山家寨输水管道设计情况，通过对长距离、大管径输水管道的布置，水力计算以及管道敷设设计的介绍，为类似工程提供一定参考。

输水管道；水力计算； 管道敷设

1 工程概况

夹岩水利枢纽及黔西北供水工程涉及毕节、遵义两个地级市。受水对象包括毕节市：七星关区、纳雍县、赫章县、大方县、织金县、黔西县、金沙县；遵义市：遵义县、红花岗区、仁怀市。

工程由水源工程、毕大供水工程和灌区骨干输水工程3部分组成。夹岩水库校核洪水位1326.01 m，正常蓄水位1323.0 m，总库容13.23亿 m3,设计灌溉面积600.2 km2,坝后电站装机容量90 MW。按《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252-2000)2.1条规定[1]，工程等别由水库总库容控制，为Ⅰ等大(1)型工程。

山家寨输水管道建筑物为3级，设计洪水标准为30 a一遇，校核洪水标准为100 a一遇。抗震设防烈度为6°。工程的任务是以供水和灌溉为主,兼顾发电，并为区域扶贫开发及改善生态环境创造条件。

2 管线布置及地质情况

2.1 管线布置

山家寨输水管道首部通过连接水池与输水隧洞相接，连接水池设计水位1467.118 m，管道进口中心高程1461.941 m，管道出口中心高程1444.5 m，末端水池设计水位1450.0 m。管道采用双管埋管平行布置，输水管道长度6.8 km，管材为K8级DN1500离心球墨铸铁管，管道净间距0.8 m，为重力式有压流输水。设计流量为6.0 m3/s，事故流量根据规范按设计流量的70%计算，为4.2 m3/s。为满足事故流量要求，沿管线设2处联通管，将管道分为3段，为方便检修，沿管道每隔1 km设置DN800进人孔。

2.2 地质情况

管线沿线地形相对较缓，为峰丛谷地岩溶地貌。其中管线在桩号为管道0+153.296～管道1+072.999段穿越王家坝谷地。据钻探资料，覆盖层深厚，局部达20 m以上，堆积物多为灰黑色淤泥质土、粉土等静水沉积产物，力学性质较差，为线路主要不良地质体。其余地段覆盖层较浅，下伏基岩为T1yn1中厚层灰岩、T1yn2薄层泥质灰岩夹泥岩、T1yn3中厚层灰岩、T1yn4薄层灰岩夹溶塌角砾岩、T2g1薄层泥质白云岩夹泥岩，岩层倾角平缓，多小于20°，强风化深4～6 m。边坡以岩质边坡为主，因岩层倾角平缓，无高陡边坡存在，自然及天然边坡稳定。因管线沿线为岩溶地基，局部存在溶沟溶槽，为不均匀地基，存在地基变形问题。

3 水力计算

3.1 管道进口淹没深度计算

根据《水利水电工程进水口设计规范》(SL 285-2003)规定[2]，为防止产生贯通式漏斗漩涡考虑，最小淹没深度按式(1)计算。

(1)

式中：S为最小淹没深度，m；d为闸孔高度，即管道内径，m；V为闸孔断面平均流速，m/s；C为系数，对称水流取0.55，边界复杂和侧向水流取0.73。

经计算得S=1.144 m。连接水池设计水位1467.118 m，管道进口起点高程1461.941 m，管顶实际淹没深度S1=4.427 m，大于最小淹没深度S，满足要求。

3.2 水头损失计算

根据《室外给水设计规范》(GB 50013-2006)规定[3]，管道总水头损失，可按式(2)计算。

(2)

式中：hz为管道总水头损失，m；hy为管道沿程水头损失，m；hj为管道局部水头损失，m。

3.2.1 沿程水头损失计算

采用水泥砂浆内衬的金属管道(球墨铸铁管采用水泥砂浆内防腐)，可按式(3)计算沿程水头损失。

(3)

式中：i为管道单位长度的水头损失(水力坡降)；C为流速系数，C=R1/6/n，n为球墨铸铁管的粗糙系数，取0.013；R为水力半径，m；v为管道内流速，m/s；L为管道长度，m。

3.2.2 局部水头损失计算

管道的局部水头损失按式(4)计算。

(4)

式中：ζ为管道局部水头损失系数。

3.2.3 水头损失成果

(1)设计工况。即两根管子同时正常运行，每根管子通过总设计流量的一半，即3.0 m3/s，经计算得hz=13.70 m,小于实际水头差hs=17.12 m，满足要求。

(2)事故工况。由两处联通管将整条管线分成三段，其中一段中一根管子出现事故，另一根管子和其他两段管子正常工作，即为事故工况。联通管布置在桩号为管道2+106.522和管道4+454.89处，第一段局损系数∑ζ1=3.415 m,第二段局损系数∑ζ2=1.537 m,第三段局损系数∑ζ3=2.917,根据联通管布置情况，选择最不利工况来计算，当第三段中的一根管子出现事故，其他两段正常工作时为最不利工况，经计算得hz=14.22 m,小于实际水头差hs=17.12 m，满足要求。

3.3 管道设计内水压力

管道设计内水压力由工作压力和水锤压力组成。工作压力应根据工作时的最大动水压力和不输水时的最大静水压力确定。水锤压力通常发生在关闭阀门、开停泵等情况时，管段上流速来回波动变化产生的水头。对典型的直线管道和在相关的参数条件下是可以计算的，但对城镇的埋地管网，用公式计算很难做到，而且在给水管道上一般均设置水锤消除装置。因此，对城镇的输配水管道上出现的水锤残余压力可按管道的工作压力，并根据其材质来指定其设计压力。结合山家寨输水管道，在联通管处检修阀位置设置水锤泄压阀，从而有效控制水锤压力。根据《给水排水工程管道结构设计规范》(GB 50332-2002)及《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268-2008)规定[4-5]，当管道上设置可靠的水锤消除装置时，铸铁管管道设计内水压力按式(5)和式(6)计算。

当F≤0.5 MPa时，

P=2F

(5)

当F≥0.5 MPa时，

(6)

式中：F为工作压力，MPa；P为设计内水压力/试验压力，MPa。

通过计算，整条管线上管道最大设计内水压力为1.35 MPa，而K8级DN1500离心球墨铸铁管允许工作压力为2.2 MPa，所选的管道压力等级及结构强度满足要求。

4 管道敷设

4.1 开挖断面

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268-2008)[5]，管道一侧的工作面宽度，当1500

4.2 回填要求

管槽回填要求：砂垫层为中、粗砂，砂垫层最大粒径≤19 mm，管槽回填采用原土回填，管顶覆土深度不得小于0.8 m，管道的回填土应予以压实，各部位的压实度见图3。

图2 管槽标准断面图(单位：mm)

图3 管槽回填部位与压实度示意图

4.3 管道安装

管道采用柔性连接(即承插式)，管节长度采用6 m，管道标准弯头角度为90°、45°、22.5°、11.25°，管道沿曲线安装时，接口的允许转角为1°。为防止管子脱节，在弯头处设置镇墩。

4.4 阀室设置

输水管道在隆起点上设置自动补排气阀井，管线竖向布置平缓时，宜间隔1000 m左右设一处自动补排气阀，补排气阀规格为DN150，共设置22处。可根据工程的需要在输水管道低洼处及阀门间管段低处设置排水阀井，排水阀规格为DN300，共设置22处。

在输水管道的始点和终点设置检修阀，在管道中部，桩号为管2+106.522和管4+454.890处设置联通管，同时设置检修阀。保证每段管道有检修条件，且输水干管任何一段发生故障时仍能通过事故流量。

5 结 论

贵州省是一个工程性缺水的省份，水资源的不均匀分布，直接制约着贵州省经济的发展。为保证贵州省经济又快又好且持续发展，必须兴水利除水害，实现跨区域调水，解决水资源分布不均的问题。夹岩水利枢纽及黔西北供水工程正是基于这样的前提而新建的水利工程，山家寨输水管道作为夹岩水利工程跨区域调水的一部分，它的建成将极大缓解毕节新区及大方县用水问题，为地区发展提供有力保障。

[1] 中华人民共和国水利部．水利水电工程等级划分及洪水标准：SL 252-2000[S]．北京：中国水利水电出版社，2000．

[2] 中华人民共和国水利部．水利水电工程进水口设计规范：SL 285-2003[S]．北京：中国水利水电出版社，2003．

[3] 中华人民共和国建设部．室外给水设计规范：GB 50013-2006[S]．北京：中国计划出版社，2006．

[4] 中华人民共和国建设部．给水排水工程管道结构设计规范：GB 50332-2002[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[5] 中华人民共和国建设部．给水排水管道工程施工及验收规范：GB 50268-2008[S]．北京：中国建筑工业出版社，2008．

[6] 中国工程建设标注化协会．给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规程：CECS 142-2002[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．

Water transmission pipeline design and construction in Shanjiazhai

LONG Xiangneng

(GuizhouProvinceWaterConservancyandHydropowerSurveyDesignInstitute，Guiyang550002,China)

To ensure water quality and water quantity, applications of pipeline water delivery in cross-regional water conservancy projects are more and more extensive,pipeline water delivery can not only ensure the water quality and reduce leakage, but also can adapt to the ups and downs of the terrain, its advantages are more and more obvious.In this paper, design of water transmission pipeline in Shanjiazhai of Jiayan water conservancy and water supply project in Northwest Guizhou including layout of long distance and large diameter pipeline, hydraulic calculation and pipeline laying design is introduced to provide a reference for similar projects.

pipeline water delivery; hydraulic calculation; pipe laying

龙祥能(1987-)，男，布依族，贵州惠水人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。E-mail:232704161qq@.com。

TU991

B

2096-0506(2017)04-0066-04