長距離輸水管道設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的的重要問題

1、長距離輸水管道設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的重要問題摘要長距離管道輸水是解決水源分布不均衡的有效措施之一。目前，長距離輸水管道設(shè)計(jì)中存在著諸多問題。在保證安全性的前提 下，應(yīng)進(jìn)行合理選材、管路設(shè)計(jì)、管道防腐、溝槽支護(hù)、等，同時(shí)要 符合經(jīng)濟(jì)性的要求。本文就長距離輸水管道設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題進(jìn)行 了討論。關(guān)鍵字長距離輸水管道管路設(shè)計(jì)優(yōu)化一、輸水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)區(qū)域供水是一個(gè)系統(tǒng)工程，在滿足主要供水目標(biāo)100%供水量的同 時(shí)，需要對(duì)途徑的水源匱乏地區(qū)進(jìn)行給水分流，確保供水效率的最大 化?，F(xiàn)代長距離輸水管道多采用雙管供水，在其中一條管道出現(xiàn)故障 時(shí)，另一條管道作為備用，以滿足70%以上供水量的要求。二、輸水方式選擇綜合考慮

2、當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，在保證水質(zhì)和水量的 前提下，選擇合理的長距離輸水方式。早些年的輸水工程，大多利用 天然地形，采用明渠（槽）開挖的形式。隨著全球氣候的變化，生活污水和工業(yè)污水對(duì)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，明渠（槽）以及天然河道輸 水不僅不能保證給水量，同時(shí)在輸送途中也易受環(huán)境的污染。因此, 現(xiàn)代輸水工程多采用長距離封閉式的專用管道輸水模式。輸水方式分 重力流和壓力流兩種，在地勢(shì)條件允許的情況下，應(yīng)充分利用自然水 頭，盡可能釆用能耗更低、更經(jīng)濟(jì)的重力流輸水模式。對(duì)于不得不釆取壓力流的情況，應(yīng)進(jìn)行管道水錘防護(hù)設(shè)計(jì)，確保管道不會(huì)因部壓力 驟變而損壞。三、管線選擇輸水管道擔(dān)負(fù)著將源水送往城市的輸水

3、任務(wù)，管線長，投資大， 因此，在選擇管線時(shí)應(yīng)根據(jù)下列原則確定：1、是應(yīng)盡量做到線路短、起伏小、土石方工程量少、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、 少占農(nóng)田或不占農(nóng)田；2、是管線走向的位置應(yīng)符合城市規(guī)劃要求，并盡可能沿現(xiàn)有道 路或規(guī)劃道路敷設(shè)，以利施工和維護(hù)；3、是盡可能地減少拆遷；4、是應(yīng)盡量避免穿越河谷、山脊、沼澤、重要鐵路和泄洪地區(qū);5、是管線應(yīng)充分利用水位高差，當(dāng)條件許可時(shí)優(yōu)先考慮重力流 輸水；6、是管線應(yīng)考慮近遠(yuǎn)期結(jié)合和分期實(shí)施的可能。四、管道材料的選擇及保護(hù)長距離輸水工程大口徑管道的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼 筋殮管(PCP)和預(yù)應(yīng)力鋼筒檜管(PCCP)、玻璃鋼管等，下面就這幾種 管材分別論述：1、鋼

4、管鋼管應(yīng)用歷史較長，圍較廣，它的強(qiáng)度高，管材和管件易加工， 管廠建設(shè)周期短，特殊地段(如頂管、過河段)一般都采用鋼管，但鋼 管的剛度小，易變形，襯里及外防腐要求嚴(yán)，必要時(shí)需作陰極保護(hù)， 施工過程中組合焊接工作量大，與水泥壓力管相比，造價(jià)較高。大口 徑鋼管有兩種成形工藝，即直縫焊管與螺旋焊管。螺旋焊接鋼管采用 卷板，利用螺旋管焊接生產(chǎn)線一次成型，但螺旋焊接鋼管的焊縫較直 縫焊接鋼管的焊縫長，這就意味著薄弱環(huán)節(jié)多，可靠性差，因此輸水 管道常采用直縫焊接鋼管。2、球墨鑄鐵管離心球墨鑄鐵管由于性能優(yōu)異，具有優(yōu)良的抵抗外部荷載能力、 能滿足各種地質(zhì)情況要求；球墨鑄鐵管可承受水壓力超過2. OMpa以 上

5、，它比非金屬管材強(qiáng)；球墨鑄鐵管襯為水泥砂漿，管輸水符合衛(wèi)生 要求；安裝、運(yùn)輸方便快捷，能夠滿足施工工期的要求；防腐性能優(yōu) 異，使用壽命長，球墨鑄鐵管通常有50100年的使用壽命，比化學(xué) 管材及鋼管使用壽命長；維修費(fèi)用低，輸水能力強(qiáng)，越來越廣泛用于 城鎮(zhèn)供水行業(yè)及城鎮(zhèn)燃?xì)庑袠I(yè)，離心球墨鑄鐵管作為一個(gè)比較成熟的 產(chǎn)品，從制造、設(shè)計(jì)、施工安裝應(yīng)用等均已形成了系列的國家、國際 標(biāo)準(zhǔn)，是輸水、輸氣的首選管材。但大口徑管道鑄造難度大，造價(jià)略 高，管道制造周期長，并且大口徑球墨鑄鐵管管壁簿，承、插口端容 易變形，影響管道敷設(shè)。3、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管(PCP)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管按生產(chǎn)工藝分為：一階段管和三階段

6、管。(1) 一階段管一階段管的制管過程是先把作為環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲的鋼筋骨架放到 裝配好的管模中，布置上縱向鋼筋，用電熱法或機(jī)械法使縱向鋼筋獲 得預(yù)應(yīng)力，然后澆注殮，此后向特制的橡膠膜中注水升壓，使膠模膨 脹，栓、外模和鋼筋一道膨脹變形，把栓中水份排擠掉。環(huán)向鋼筋獲 得了預(yù)應(yīng)力，并立即進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，待殮凝固后將模中的水壓泄放， 脫外模即成產(chǎn)品。目前國生產(chǎn)的最大口徑達(dá)2m,這種管材的特點(diǎn)是強(qiáng) 度及抗?jié)B性較好，管壁較薄，但外模合縫處容易漏漿，修補(bǔ)率髙，承 口要磨削加工。(2) 三階段管三階段管是指一根管材分三個(gè)階段制成，先做成一個(gè)帶縱向預(yù)應(yīng) 力的栓管芯，管芯外纏環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，然后作水泥沙漿保護(hù)層。此

7、 種工藝建廠費(fèi)用低，宣于流動(dòng)性生產(chǎn)，唯抗?jié)B性能差，修補(bǔ)率高，管 體笨重。4、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)預(yù)應(yīng)力鋼筒殮管是在帶鋼筒(薄鋼筒的厚度約15rani左右)的私 管芯上，纏繞一層或二層環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，并作水泥砂槳保護(hù)層而制 成的管子。預(yù)應(yīng)力鋼筒殮管的特點(diǎn)是：由于管芯中嵌入了一層薄擘鋼 筒具有較好的抗?jié)B性；由于承插端的工作面是定型鋼制口環(huán)，幾何尺 寸誤差小，承插工作面間隙僅12nmi, 0型膠圈占滿凹型槽，密封性 能良好，在水壓力下，膠圈無法沖脫，往往滴水不漏，從而改善了一 階段、三階段管膠圈安裝不到位則容易沖脫、承插口容易滴水的問題; 此類管材承水壓力髙、埋土深度大：此類管材的管件配套

8、齊全、簡便、 可靠。但是該管重量大，運(yùn)輸、施工和維修管理不便，由于是半柔性 管，對(duì)管道基礎(chǔ)要求較高。5、玻璃鋼管玻璃鋼管是指玻纖維增強(qiáng)樹脂塑料管。玻璃鋼管的特點(diǎn)是強(qiáng)度較 髙，重量輕，耐腐蝕，不結(jié)垢，壁光滑阻力小，在相同流量條件下比 其它管材管道水頭損失小、節(jié)省能耗；管道接口為承插式，并設(shè)置膠 圈，安裝方便：玻璃鋼管與其它塑料管一樣，均存在應(yīng)變腐蝕問題： 玻璃鋼管剛度小，管道基礎(chǔ)要求較嚴(yán)，必要時(shí)需作砂墊層，但它重量 輕，抗腐蝕，安裝容易；玻璃鋼管破裂維修，通常采用樹脂粘補(bǔ)，它 必須在干燥的環(huán)境下作業(yè)，這正是供水管道難以具備的條件；管材始 終存在廢舊料的再生回收、焚燒處置的問題，熱塑性塑料管及熱固

9、性 塑料管的最終焚燒處置大多數(shù)對(duì)環(huán)境造成不同程度的危害。五、水錘的防護(hù)技術(shù)與安全措施長距離輸水采用壓力流輸水時(shí)，在泵站系統(tǒng)為防止水錘的危害，一般采用調(diào)壓井，水錘消除器、液控蝶閥、緩閉止回閥、旁通管泄壓 等形式。水在輸水管道中運(yùn)行時(shí)，實(shí)際上是水氣兩相流。因此在長距 離輸水管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)輸水管道的縱向布置，分析研究計(jì)算可能 出現(xiàn)的不同工況下水的流動(dòng)狀態(tài)，選擇合適的位置（一般在駝峰處） 布置一定數(shù)量的排氣閥，在管線的水平段，排氣的問題更突出，因此 在設(shè)計(jì)時(shí)一般人為地把管線布置成一個(gè)髙點(diǎn)，設(shè)置排氣閥，而且水平 距段根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般在600m1000m設(shè)置一處。長距離輸水工程在工 藝設(shè)計(jì)時(shí)，采用安全、合

10、理、經(jīng)濟(jì)的水錘防護(hù)措施，效果較好，但不 能做到全部去除，因此在管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也對(duì)此問題有所考慮。我 國的給水排水管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)（報(bào)批稿）中已明確，管道的設(shè)計(jì)壓力 為管道工作壓力的1.41. 5倍主要解決管道的試壓與管道產(chǎn)生 的殘余水錘的危害，保證輸水工程的安全。六、管道基礎(chǔ)處理及溝槽支護(hù)1、管道基礎(chǔ)處理淤泥土質(zhì)在管底以下5時(shí)，應(yīng)全部清除淤泥土質(zhì)并換填好粘土或 粉土，換填至管底髙程，分層夯實(shí)，密實(shí)度系數(shù)不小于0. 9o當(dāng)管底地基在ln）4m圍的淤泥土層時(shí)，應(yīng)滿槽施工打入直徑為 100mm的松木樁，間距為300mm呈梅花形布置。再在松木樁上頂換填碎 塊石（塊徑小于300nun）,厚度為400mm

11、o然后在碎塊石頂面換填200imn 厚的石粉渣。當(dāng)管底地基為大于4m以上圍的淤泥土層時(shí)，可釆用水泥攪拌樁方 式。樁徑D二550mm，間距為縱向12m,橫向lm,共4排。樁頂為管道 中心，樁底為穿過淤泥土層、至下一土層2m以上。當(dāng)管道遇到大面積水塘，可釆用鋼筋混凝土支架跨越管道結(jié)構(gòu)方 式。鋼筋混凝土支架可釆用鉆孔灌澆樁形式。如果場(chǎng)地條件允許可采 用預(yù)應(yīng)力鋼筋混；疑土預(yù)制管樁的形式，施工快且節(jié)省工程費(fèi)用。2、溝槽支護(hù)所有管道基槽開挖時(shí)，必須做好施工降水，做好基槽坑邊的支護(hù), 基坑邊不能堆放棄土，不能有重型及大型機(jī)械設(shè)備，以免增大對(duì)基坑 支護(hù)的側(cè)壓力。由于南方地區(qū)地下水位較高，特殊地段的溝槽支護(hù)方

12、式常采用拉森鋼板樁支護(hù)，這種支護(hù)方式既可以起到擋土作用，從而 減少開槽斷面，也可以起到止水作用，便于施工，但費(fèi)用較高。七、穿越障礙物1、管道穿越河流管道在穿越河道時(shí)多釆用沉管旌工方式，該方式具有施工速度 快、投資省的優(yōu)點(diǎn)，但維修困難，需要水下作業(yè)。做過河管設(shè)計(jì)時(shí)需 要注意以下幾點(diǎn)：需要委托航道部門進(jìn)行水下測(cè)量，并請(qǐng)航道部門提出河道的規(guī)劃 斷面及技術(shù)要求。一般過河管管頂髙程在規(guī)劃河底高程以下1.0m,并 且管道在河底的直線段應(yīng)滿足河道的規(guī)劃斷面寬度要求。過河管沉管 施工時(shí)，兩側(cè)斜管段上口應(yīng)髙出河流的常水位，待管道沉到設(shè)計(jì)髙程 后，局部進(jìn)行拋石固定，然后去除管道上吊耳等突出物，以免船只拋 錨時(shí)刮到，然后沉管段溝槽需回填碎石至現(xiàn)況河底，兩側(cè)河岸管道視 水位及設(shè)計(jì)髙程關(guān)系，確定是否需要采用圍堰施工；管道穿堤部分需 根據(jù)水利部門要求設(shè)鋼筋混凝