大冶长距离输水管线的设计过程中若干问题的探讨

摘要 本文以大冶市王英水库引水工程输水管线设计为例，探讨长距离输水管线设计中的若干问题，以保证管线设计的经济、合理。 工程概况本工程原水输水管总长约24.2km，属长距离输水工程，长距离输水管道要求输水管一般不少于二根，即双管输水，且双管之间应设置连通管，以保障事故时70%的供水量。本工程输水管线按总规模30万m3/d考虑，采用两根DN1200管道。沿三溪到殷祖现状红军路方案，即原水压力管从王英水库～三溪镇～红军路～殷祖，按双管30万m3/d铺设，管径DN1200，其中泵站前D1220x12，单根长17.7km，泵站后D1220x12，单根管6.5km。从徐畈庄到洪口湾段，拟部分地段埋设在现南峰港河道下，管顶距河底1.2m，此段管道用混凝土包封，管顶至河底面用混凝土硬化，保证管道运行安全。1.输水线路选择在设计过程中，沿途地形起伏较大，坟地较多，通信、电力管线纵横交错，布置时尽量避让；在通过农田时，尽量沿田边布管；线路力求顺直、尽量避开经过地形起伏较大区域，减少泵站提升扬程；尽量减少与天然或人工障碍物交叉。当必须与河流、湖泊、公路、铁路等交叉时，应尽可能利用现有穿越设施。2.两条管道平行铺设时连通管的间距两条输水管平行布置，设置连通管，连通管管径比输水管小一级。连通管的根数根据短管时满足事故用水量的要求经过计算确定。管径为DN1200的输水管摩阻为Sp为泵站内部管线的摩阻，sd为水泵摩阻。即分成6段时能保证事故时的流量为70%的供水量。3.管道附属构筑物（1）检修阀输水管每隔2000～3000m设置检修阀，但是在管道的始点、终点、分叉处以及穿越河道、铁路、公路段，设置阀门。阀门采用硬密封偏心半球阀，法兰采用双法兰松套限位伸缩接头，DN1200的双管的间距为2.5m，5个阀门单独做阀门井管间距不够，考虑设置五阀井。（2）排气阀

因为水中通常都溶有一定的空气，而且空气的溶解度随着温度的升高而减少，这样水在循环的过程中气体逐渐从水中分离出来，并逐渐聚在一起形成大的气泡甚至气柱，因为有水的补充，所以经常有气体产生。为便于管道运行中及时进气、排气及加强水锤防护，当输水管隆起点上应设置通气设施，管线竖向布置平缓时，间隔1000m左右设置1处。由于双管间距的限制，2个排气阀设置在同一个井内。 （3）排泥阀排泥阀：为便于检修及管道清洗，在每一检修管段低处设置排泥阀。3.管道监测设备

由于输水管道距离较长，地形比较复杂，为了保证供水的安全性，在管道上安装多功能漏损监测仪、压力控制系统、水质监测设备、爆管预警设备。

多功能漏损监测仪安装条件要满足仪表安装位置前10倍管径，安装位置后5倍管径的范围内为直管段，无任何可能影响流态的管道设施（如阀门、三通、变径、弯头等）。

漏损预警记录仪通过底座上的磁铁吸附在金属管道上或者与管道直接连接的阀门金属体。始终确保吸附点没有灰尘，从而使磁铁接触良好。其目的是评估泄露量、漏失量、产销差、压力状况等信息，以便减少漏损，提高经济效益，依次来评估管道的健康状况，延长管网使用寿命，保障供水安全。4.管材在长距离输配水工程中，管材的选择一般要根据工程的规模、管道的工作压力、输水距离的长短、工程的进度与重要性以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，应用管材的习惯，特别是工程的资金落实情况，进行技术、经济、安全等方面的综合比较后确定。管材选择的要求如下：原水输送管道的材料必须满足一定要求，才能保证正常的输水功能。①、管材应符合现行国家标准《生活饮用输配水设备及防护材料的安全性评价标准》GB/T 17219的规定。②、输水管道必须具有足够的强度，以承受外部的荷载和内部的水压，并要有一定的使用寿命。③、输水管道必须具有抵抗原水中杂质的冲刷和磨损的作用，同时应有抗腐蚀的性能。④、输水管道接口必须不渗水，以防止污水或地下水渗入而污染原水，或原水渗出而使漏损量增大。⑤、输水管道的内壁应整齐光滑，使水流阻力尽量减小。⑥、输水管道应尽量就地取材，并考虑到预制管件及快速施工的可能，减少运输和施工费用。管材的运行费用、维护费用也是管材选取应考虑的因素之一。现结合目前国内管材生产和管网使用的实际情况，根据本工程管线的外部荷载、内水压力、设计流量、环境介质、使用寿命等特点，进行技术经济比选。管材性能比较表

①水力特性分析

采用RPMP管节能效果最好，SP管、DIP管采用衬里后水力条件相当，略好于PCCP管。②运输及施工分析

DIP管、PCCP管由于自身重量较大，运用于本工程大多为淤泥质粘土的地质条件下，须对软土地基进行必要的处理，相应增加了运行费用及施工周期。SP管由于本身整体性较好，对地基基本不需做特殊处理。RPMP管由于管重小，对地基处理的要求也较低，但需增加埋深满足抗浮的要求。

除钢管外的另三种管材采用橡胶圈柔性接口，对于地基的不均匀沉降，接口通过借转角进行适应，其适应能力有限。钢管虽为钢性接口，但因为钢材本身的变形能力强，接口强度高，具有很好的整体性，对地基不均匀沉降的适应性较强。此外，采用橡胶圈接口的管道虽然管材本身使用寿命较长，但其接口的严密性受到橡胶圈的质量限制，橡胶圈老化、损坏而导致其使用年限可能远小于管材本身的使用寿命，从而产生接口漏损。同时，采用柔性接口的管道不能通过接口传递延管线的接力，在管道转弯、分支、末端等处须转换为钢筋设置支墩、拖拉墩，也相应增加了管线投资。SP管、DIP管具有较好的抗外力破坏能力，PCCP管、RPMP管相对较差。RPMP管对回填土料及回填密实度要求相对较高。RPMP管道具有最好的耐腐蚀能力，无需采用防腐处理措施。SP管耐腐蚀能力最差，必须进行有效的防腐处理。DIP管及PCCP管由于其材料的特点也具有较好的耐腐蚀能力。③安全性分析SP管一般不易发生爆管事故，管道渗漏后的修补也较其他管材容易。其他管材爆管后一般需要换管段，因此维修工期较长。

因此，针对本工程的特点，综合管材材料、接口性能等因素，管道安全性由好至差排列依次为SP、DIP管、PCCP管、RPMP管。

在实际应用中，除采用上述技术经济比较外，管材选择还受到诸如管材制造质量、管径范围大小、施工条件、地质状况、施工质量、穿越障碍物多少、用户使用经验、维护能力、抢修速度等等许多因素影响。在本工程输水管道从水源至大冶城区输水管距离约40.8 km，管径为DN1400mm、管材工作压力1.0Mpa、覆土厚度按0.7～1.0m考虑，采用双管输水30万m3/d规模原水时，三种管材中球墨铸铁管综合造价比较适中。根据长距离输水工程的设计经验，针对原水管段由于地质条件复杂，坡度多、拐角多，穿越的河渠众多，为了保证供水安全性，因此管道采用明敷形式，这一段管道采用钢管。 输水管道工程管径大、输水距离长、输水安全性要求高、允许施工周期短的特点，特别是本工程为跨区域引水，输水管道安全性是第一位的，在资金充裕的条件下，应优选球墨铸铁管。