石砭峪水庫(kù)向西安市供水復(fù)線(xiàn)工程試通水運(yùn)行操作方案淺析

劉衛(wèi)華 李運(yùn)昌 胡渭平 金鵬康

（1.西安市水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院 陜西 西安 710054；2.西安建筑科技大學(xué) 陜西 西安 710055；3.西安市渭浐河管理中心 陜西 西安 710054；4.核工業(yè)203研究所 陜西 咸陽(yáng) 712000）

1 工程概述

1.1 工程基本情況

陜西省西安市石砭峪水庫(kù)事故應(yīng)急供水復(fù)線(xiàn)工程位于西安市南郊30km長(zhǎng)安區(qū)子午鎮(zhèn)境內(nèi)，工程建設(shè)目的是為增強(qiáng)備用水源的應(yīng)急供水規(guī)模，提高黑河供水體系的安全防范能力，積極應(yīng)對(duì)黑河水質(zhì)及輸水干線(xiàn)突發(fā)事件，保證西安市區(qū)供水安全而建設(shè)的城市安全供水項(xiàng)目。

1.2 工程建設(shè)概況

工程起點(diǎn)為東西干渠分水閘（0+000），整體輸水線(xiàn)路首末端高差為119 m，東西干渠分水閘（0+000）至1+133段為箱涵輸水部分，在1+133處設(shè)置壓力前池，之后采用壓力管道輸水方式，可利用水頭為120 m，全長(zhǎng)8.65km，共分三段。1+133～5+816.1段設(shè)計(jì)流量為10m3/s，其中，1+133～3+016段為DN1600預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管道，在2+016～2+036設(shè)消力池，3+016～5+602.6段應(yīng)為DN1800預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管道，5+602.6～5+816.1段為DN1400球墨鑄鐵管壓力管道。在5+816.1處設(shè)東西支線(xiàn)分水閘。5+816.1～東7+444.2（甫店匯流池）段為東支線(xiàn)，5+816.1～西8+102.9（見(jiàn)子河匯流池）為西支線(xiàn)。東西支線(xiàn)均為DN1400預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管道，設(shè)計(jì)流量分別為5m3/s。

2 試通水的必要性

近年來(lái)由于城市用水規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)水資源需求的快速增長(zhǎng)，長(zhǎng)距離壓力輸水管道工程越來(lái)越多。水錘防護(hù)是保障長(zhǎng)距離輸水管道安全的關(guān)鍵問(wèn)題，直徑大于DN1200的大型輸水管道，水錘防護(hù)問(wèn)題尤其重要。由于本工程的壓力水頭過(guò)高，流速較大，在初始運(yùn)行時(shí)若直接采用設(shè)計(jì)流量輸水，水流夾雜著氣流會(huì)在閥門(mén)、彎頭等輸水節(jié)點(diǎn)薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生較大的水錘，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致管道滲漏甚至爆管現(xiàn)象。為了預(yù)防在非滿(mǎn)流狀態(tài)下較大的水錘對(duì)管道的損壞，在工程運(yùn)行前期通過(guò)試通水，分析研究有效預(yù)防水錘破壞的方式，為確保工程的日后運(yùn)行提供有力依據(jù)，因此，該工程運(yùn)行前期的試通水是十分有必要的。

3 試通水運(yùn)行

3.1 試通水目的和方法

3.1.1 試通水的目的

控制閥門(mén)開(kāi)啟度，運(yùn)用小流量充水至管道內(nèi)以便形成滿(mǎn)流條件，避免氣水混合物以較高的流速?zèng)_擊管道系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)部分，造成管件或者閥門(mén)的松動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致管道泄漏。

3.1.2 試通水操作流程

將整個(gè)管線(xiàn)由調(diào)節(jié)池處分為上下兩個(gè)部分，對(duì)于調(diào)節(jié)池上下游兩段管道進(jìn)行試通水流程如下：關(guān)閉下游檢修閥門(mén)，控制性的開(kāi)啟上游閥，以小流量水注入管道，形成滿(mǎn)管流，管道內(nèi)的氣體通過(guò)排氣閥排空。當(dāng)下一段管道達(dá)到滿(mǎn)管流時(shí)，再以同樣的方式將其上游段的管道充水至滿(mǎn)管，依此法逐段控制小流量對(duì)管道進(jìn)行注水，最終達(dá)到管道全程滿(mǎn)流狀態(tài)。

3.2 試通水前的準(zhǔn)備工作

該工程供水管道范圍內(nèi)共有閥（閘）門(mén)15處（其中檢修閥5處，泄水閥2處，超壓泄壓閥3處，閘門(mén)5處），排氣閥7處，均為較大水錘產(chǎn)生時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)，也是節(jié)點(diǎn)控制環(huán)節(jié)。在試水前需對(duì)技術(shù)人員及操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，按技術(shù)規(guī)程進(jìn)行操作。在總指揮的指揮下按以下步驟操作：

（1）開(kāi)啟管道上所有檢修閥門(mén)，并保證其開(kāi)關(guān)靈活，狀態(tài)良好。

（2）開(kāi)啟排氣閥下的所有檢修閥門(mén)。

（3）管道末端水廠進(jìn)口端閥也應(yīng)處于開(kāi)啟狀態(tài)。

（4）關(guān)閉無(wú)良好排水條件的泄水閥。

（5）對(duì)于排水條件良好的泄水閥可根據(jù)需要設(shè)定初始開(kāi)度，并根據(jù)充水運(yùn)行過(guò)程的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3 試通水操作規(guī)程

3.3.1 輸水管道開(kāi)閥充水過(guò)程及注意事項(xiàng)

（1）為避免意外發(fā)生造成較大損失，本輸水管道試通水應(yīng)采取一定應(yīng)急保護(hù)措施，并加強(qiáng)觀測(cè)，如有異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)向指揮部報(bào)告。

（2）開(kāi)啟管道最上游閥門(mén)，使進(jìn)入管道水流量為300 L/s。開(kāi)啟最上游控制流量300 L/s(1100m3/h）～400L/s(即1500m3/h），開(kāi)度小于1/10。

（3）保持充水流量不變，充水流速對(duì)DN1400管道為0.2m/s～0.3m/s，充水約2 h～3 h。

（4）當(dāng)水至東支線(xiàn)（甫店匯流池前進(jìn)口端）檢修閥（樁號(hào)7+373）時(shí)，完全關(guān)閉檢修閥，閥前壓力表讀值應(yīng)逐漸上升，保持進(jìn)水流量不變。當(dāng)水充至西支線(xiàn)（見(jiàn)子河匯流池前進(jìn)口端）閥（樁號(hào)8+075）時(shí)，也完全關(guān)閉該檢修閥。

（5）保持充水流量不變，當(dāng)中部減壓池（樁號(hào)2+013）溢流時(shí)，緩慢關(guān)閉減壓池進(jìn)口檢修閥至全關(guān)。

（6）各池檢修閥全部關(guān)閉后，應(yīng)密切觀察并記錄各閥前壓力表讀值。

3.3.2 輸水管道本次試通水過(guò)程中的管道巡視及閥門(mén)操作

（1）管道充水過(guò)程中，應(yīng)安排專(zhuān)人巡視，對(duì)水位充到的管道密切觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)，如管道是否漏水、爆裂等問(wèn)題。

（2）檢查已充滿(mǎn)水管道上的各種閥門(mén)是否工作正常，接頭法蘭處是否漏水等，泄水閥是否按要求進(jìn)行關(guān)閉或開(kāi)啟。

（3）充水期間排氣閥操作方式：由于本輸水管道距離遠(yuǎn)，高低起伏大，管道變徑較多，易形成氣囊式被壓偏在管頂?shù)默F(xiàn)象，因此管道排氣應(yīng)特別重視。在充水初始階段，每個(gè)排氣閥應(yīng)設(shè)專(zhuān)人觀察并記錄排氣閥排氣的起始終止時(shí)間，有無(wú)異?，F(xiàn)象，如有應(yīng)及時(shí)向指揮部報(bào)告。

3.3.3 匯流池及減壓池進(jìn)口處節(jié)點(diǎn)控制方法

（1）在匯流池進(jìn)口端檢修閥門(mén)均關(guān)閉后，各壓力表讀值應(yīng)依次應(yīng)為東支線(xiàn)73 m，西支線(xiàn)72 m，干線(xiàn)（消力池前）2+013處52 m水柱或接近該值。如有異常應(yīng)及時(shí)檢查，分析原因并采取措施，同時(shí)并注意考查管道在此靜壓力情況下的承壓能力。

（2）開(kāi)啟東支線(xiàn)（甫店匯流池）進(jìn)口端閥門(mén)，進(jìn)口端壓力表讀值應(yīng)從73 m下降0.5 m～1.0 m水柱。開(kāi)啟西支線(xiàn)（見(jiàn)子河匯流池）進(jìn)口端檢修閥，使進(jìn)口端壓力表讀值從72 m下降0.5m～1m水柱。同時(shí)密切觀察中部消能池水位變化。

（3）當(dāng)中部（樁號(hào)2+013）處減壓池的水位下降0.5 m～1.0 m時(shí)，開(kāi)啟中部減壓池進(jìn)口閥門(mén)，使壓力表讀值從52 m下降0.5 m～1.0 m。如水池水位繼續(xù)下降，應(yīng)加大閥門(mén)開(kāi)度，反之，則減小開(kāi)度，總之應(yīng)保持水位恒定不變。

（4）所有閥門(mén)調(diào)整結(jié)束，保持穩(wěn)定狀態(tài)2 h～3 h，使中部減壓井處于溢流和非溢流臨界狀態(tài)，并觀察所有排氣閥終止排氣2 h后，可進(jìn)一步加大進(jìn)水流量。

（5）每次調(diào)整閥后，均應(yīng)保持穩(wěn)定狀態(tài)2 h～3 h，使減壓井處于溢流和非溢流臨界狀態(tài)。

（6）東支線(xiàn)和西支線(xiàn)檢修閥每次調(diào)節(jié)開(kāi)度增大應(yīng)按壓力表讀值降低2 m方式進(jìn)行，并按要求保持中部減壓池處于溢流、非溢流臨界狀態(tài)調(diào)節(jié)干線(xiàn)2+013處的檢修閥。

（7）逐漸加大各檢修閥開(kāi)度。當(dāng)東支線(xiàn)檢修閥前壓力表讀值為10 m～15 m，西支線(xiàn)檢修閥前壓力表讀值為5 m～10 m時(shí)，即達(dá)設(shè)計(jì)流量。如管線(xiàn)各處無(wú)異常，即為通水成功。

（8）停止運(yùn)行時(shí)，采用逐漸關(guān)小進(jìn)口端閥門(mén)方式即可。

3.3.4 試通水存在問(wèn)題及應(yīng)采取的措施

（1）建議為防止管道在試通水期間出現(xiàn)問(wèn)題危害擴(kuò)大，應(yīng)在管道首段控制閥派專(zhuān)人負(fù)責(zé)，確定在整個(gè)試通水期間保證可隨時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閘門(mén)。

（2）在試通水期，派足夠的巡線(xiàn)人員隨行，不間斷檢查管道是否有爆管、漏水等故障現(xiàn)象，并能及時(shí)向指揮部報(bào)告。確保在第一時(shí)間關(guān)閉上、下游閥門(mén)，分析出現(xiàn)故障的因素，并提出補(bǔ)救措施；對(duì)滲漏的管道基礎(chǔ)段進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)已損壞的管道采用同徑管道進(jìn)行替換。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于長(zhǎng)距離重力流壓力管道輸水工程，非恒定流時(shí)的氣水沖擊和關(guān)閥水錘是威脅管道安全的最不利因素。通過(guò)對(duì)控制閥門(mén)開(kāi)啟度控制管內(nèi)流量為小流量對(duì)管道充水，最終達(dá)到滿(mǎn)流工況，有力地回避了氣水混合物產(chǎn)生的沖擊力對(duì)管道節(jié)點(diǎn)造成的損失。在試通水過(guò)程中記錄的詳細(xì)試水過(guò)程及試水過(guò)程中產(chǎn)生的不利影響及及時(shí)應(yīng)對(duì)補(bǔ)救措施也能客觀詳細(xì)的反應(yīng)日后運(yùn)行中不可避免的問(wèn)題，也能為該工程日后的正常運(yùn)行提供比較完善的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，確保工程日后運(yùn)行順利，提高供水保證率。

[1]朱滿(mǎn)林，沈冰，張言禾等.長(zhǎng)距離壓力輸水工程水錘防護(hù)研究［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，39（1）：40-43.

[2]畢小劍，趙秀紅，楊寶奎等.長(zhǎng)距離有壓重力輸水工程優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào).2007，(5)1：28-30.

[3]劉志勇，劉梅清，將進(jìn)等.重力有壓輸水系統(tǒng)水錘及其防護(hù)研究［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2008，10：79-81.

[4]CECS193∶2005城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程[S].

[5]金錐，姜乃昌，汪興華．停泵水錘及其防護(hù)（第二版）[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004：41-45．

[6]于必錄主編.水力過(guò)渡過(guò)程[M].北京：水力電力出版社，1984.