引嫩入白城市輸水線延伸工程管路設計方案

田春玲，張麗偉

(吉林水利水電勘測設計研究院，吉林長春130021）

1 工程概況

引嫩入白工程是充分開發(fā)利用嫩江水資源，向吉林省白城市、鎮(zhèn)賚縣城等城鎮(zhèn)和白沙灘灌區(qū)、五家子灌區(qū)供水，向莫莫格濕地進行常態(tài)補水。工程多年平均引水量6.44億m3。主要建筑物包括白沙灘泵站、白沙灘泵站—洋沙泡水庫間輸水總干渠、洋沙泡水庫、五家子灌區(qū)分項工程、白城市和鎮(zhèn)賚縣城市供水分項工程建筑物等。

引嫩入白城市供水工程是通過青山加壓泵站將水送至白城市城區(qū)，以白城市城區(qū)居民生產生活、發(fā)電、工業(yè)用水為主，供水對象為白城市發(fā)電公司、白城熱電廠和工業(yè)園區(qū)。根據(jù)工程總體規(guī)劃，該工程分為兩期實施，一期輸水流量為1.295 m3/s，管線總長39.57 km，管路土建工程總投資9 641.92萬元，占工程建筑工程投資的45.47%。

2 輸水管材方案比選

該工程中輸水管道占投資的比重較大，管材的選擇不僅會影響到投資，而且選用不當會造成事故或增加不必要資金，因此管材的選擇應根據(jù)工程的具體情況，做技術、經濟、安全、工期等多方面分析比較，綜合平衡后確定。

該工程設計供水規(guī)模為2.59 m3/s，分為兩期實施，一、二期引水規(guī)模均為1.295 m3/s。輸水管管徑按下式估算

式中 V—經濟流速，0.6～1.2 m/s。

經計算輸水管可選用D900，D800兩種規(guī)格管道，在這兩級中，常用的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、玻璃鋼管、鋼塑復合管、預應力鋼筒混凝土管（pccp）等，各種管材比較見表1。

表1 各種管材比較表

通過表1分析，鋼管、鋼塑復合管雖然承壓能力高，施工方便，但鋼管造價高，鋼塑復合管價格不穩(wěn)定。設計從管材價格、施工條件和承壓能力等綜合考慮，選擇預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管3種管材進行輸水工程方案比較分析，見表2。

通過上述分析，設計從輸水工程投資、管道損失、供水保證率、工程管理等方面綜合考慮，選擇投資較少、安裝簡便、維護保養(yǎng)費用少，根據(jù)工程實際地形特點和輸水線路長度，為保證給水安全，根據(jù)幾種管材實際特點，該工程擬定管材采用球墨鑄鐵管。

表2 輸水管路(A管線段)工程方案比較表

3 水力計算

3.1 引水流量確定

輸水管道引水流量為泵站的設計流量2.59 m3/s。根據(jù)工程總體規(guī)劃,該工程分為兩期建設。一、二期各實施設計流量的一半，即1.295 m3/s。根據(jù)用戶需求，管路 （A線）發(fā)電公司設計流量為0.457 m3/s；管路（B線）總設計流量為0.82 m3/s，其中熱電廠0.385 m3/s、工業(yè)園區(qū)0.435 m3/s。

3.2 管路水頭損失計算

（1）管路沿程損失水頭計算

式中 hf—各管段沿程水頭損失，m；Q—各管段設計流量，m3/s；d—管內徑，m；n—糙率；L—管段長度，m。

（2）局部水頭損失計算式中 hj—局部水頭損失，m；ξ—局部水頭損失參數(shù) （查《水力計算手冊》表重力加速度，m/s2。

（3）總的水頭損失

經計算，（A線）白城發(fā)電公司輸水管路管徑為DN800，總的水頭損失45.50 m，B線輸水總管路管徑為DN900，熱電廠支管管徑為DN800，水頭損失28.30 m，工業(yè)園區(qū)支管管徑為DN700，水頭損失24.60 m。

3.3 管路壓力線計算

管路末端壓力線高程按各用水部門需求，管路出口末端壓力除發(fā)電公司為0.15 MPa，其余均為0.10 MPa。管路末端壓力線高程為管路末端出口中心線加出口壓力水頭。泵站出口壓力線高程取管路末端壓力線加泵站出口至管路末端的沿程及局部水頭損失之和。

4 管路設計

（1）管線平面設計。根據(jù)實測1/1 000地形圖，A線管線自青山加壓泵站出口至發(fā)電公司管線全長27.38 km。B線管線全長12.19 km，其中總管段長6.283 km，熱電廠支線長2.583 km，工業(yè)園區(qū)支線長3.319 km。在管路沿線水平向轉角處設置彎頭連接，并設置鎮(zhèn)墩。同時在地表面埋設標志。

（2）管線縱斷面設計。管路采用地埋管，根據(jù)當?shù)貎鐾辽疃葹?.05 m，為防止凍脹破壞，設計管頂覆土厚度為2.1 m。在管路縱向轉角大于5°處設置彎頭連接，并設置鎮(zhèn)墩。管路自泵站出口沿線在管道凸起點，設置自動進（排）氣閥；長距離無凸起點的管段，間隔不大于1 000 m就應增設自動進（排）氣閥。在管道低凹處，設排空閥，并每隔4 000～5 000 m設置一檢修井。經布置共設計管路閥井135個。

（3）管道橫斷面設計。該工程凍土層最大凍深2.05 m，因此，整個管線段管道的埋深H=0.842+2.05+0.3＝3.19 m，按3.2 m控制；管槽開挖底寬B=0.842+0.5=1.342 m，按1.35 m控制；開挖邊坡1∶1.5；管路采用原土基鋪設。管槽棄土應堆放在管槽同一側最少0.3 m以外處，另一側作為臨時施工道路，一定要保證基槽底部平直、密實、干凈。

管槽采用原開挖土回填，回填土采用分層壓實法，回填土分3個區(qū)，Ⅰ區(qū)為管身區(qū)、Ⅱ區(qū)為管頂以上500 mm區(qū)域、Ⅲ區(qū)為Ⅱ區(qū)以上至原地面區(qū)域?；靥罘譃槎?，第一步回填Ⅰ，Ⅱ區(qū)。Ⅰ，Ⅱ區(qū)應用松散并比較純凈的土，不能拋填，管區(qū)回填材料的粒徑、材料必須與管溝的自然土壤相協(xié)調，且回填土不得含有磚石瓦片以及凍土和大于50 mm的硬土塊等。其余部分回填土料不做特殊要求?；靥钔翍鶆驍傞_，每層土厚不超過300 mm，仔細夯實，密實度要求達到95%(Ⅰ區(qū))與85%(Ⅱ區(qū))。管身和接頭部分周圍的回填要求兩側同時進行。第二步回填Ⅲ區(qū)，每次回填厚度不能超過300 mm，填筑夯實后考慮回填后的沉陷，回填土應略高于地面。