淺析長距離輸水管道技術(shù)在引白水源工程中的應(yīng)用

李 強(qiáng) 彭 鵬 付冰冰

(1.阜新市水源建設(shè)管理辦公室， 遼寧 阜新 123000；2.阜新市水利勘測設(shè)計研究院， 遼寧 阜新 123000；3.阜新市凌河保護(hù)區(qū)管理局， 遼寧 阜新 123000)

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淺析長距離輸水管道技術(shù)在引白水源工程中的應(yīng)用

李 強(qiáng)1彭 鵬2付冰冰3

(1.阜新市水源建設(shè)管理辦公室， 遼寧 阜新 123000；2.阜新市水利勘測設(shè)計研究院， 遼寧 阜新 123000；3.阜新市凌河保護(hù)區(qū)管理局， 遼寧 阜新 123000)

長距離輸水管道工程中，管線部分投資占整個工程總投資比重較大，管材、管徑、工作壓力和管道附件的確定應(yīng)結(jié)合工程的規(guī)模、重要性、地形地質(zhì)水文等情況綜合考慮。本文通過對管材和管道附件在設(shè)計、施工和運(yùn)行等不同時段出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析與解決，其中長距離輸水管道中進(jìn)排氣閥和壓力監(jiān)測器的作用非常重要。

長距離輸水管道； 進(jìn)排氣閥； 壓力監(jiān)測器； 預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管

引白水源工程從朝陽市白石水庫引水至阜新市，作為城市生活生產(chǎn)用水，輸水管線采用單管，管徑為DN1400，全長80.43km，設(shè)計日供水量為15萬t。

輸水線路沿線地貌單元以低山丘陵為主，各地貌單元地形嚴(yán)格受地質(zhì)控制。線路所經(jīng)過地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬于新華夏構(gòu)造體系，構(gòu)造形跡由比較平緩的褶皺和比較強(qiáng)烈的沖斷層及其張性扭性斷裂組成，呈NE向的大柳河溝背斜，僅在16+423、17+200附近有斷裂構(gòu)造，其他區(qū)段基本不存在對管線穩(wěn)定性有影響的斷裂。地下水類型主要為松散巖類孔隙水，含水層地下水動態(tài)變化幅度較大。地貌、地質(zhì)和水文條件良好。

1 管線設(shè)計布置

輸水管道工程中，管道投資占總投資的比重很大，因此對管材的選擇應(yīng)根據(jù)工程的具體情況，做出安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面分析比較。針對不同管材對工程的適應(yīng)特性，充分發(fā)揮管道的最大優(yōu)點，確保工程投資少、管道運(yùn)行安全可靠、管理方便、運(yùn)行成本低、施工便捷。

輸水管道起點管底高程為108.00m，最高點為隧洞進(jìn)口處高程193.30m，終點管底高程為132.38m。輸水管線沿途穿越大凌河、臺子山河、清河、湯頭河及伊瑪圖5條河流，管道穿越高速3處、高等級路5處。輸水管道工程為集大落差、長距離、復(fù)雜地質(zhì)于一體的壓力與重力流相結(jié)合管道工程。因此引白水源輸水管道工程管材采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP) 和夾砂玻璃鋼管組合方式，局部采用鋼管。

1.1 預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(PCCP)

1.1.1 設(shè)計布置

預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(PCCP)是由鋼套筒、鋼絲和混凝土構(gòu)成的復(fù)合管材，綜合發(fā)揮了鋼材的抗拉、易密封性與混凝土的抗壓和耐腐蝕性，能承受很高的內(nèi)壓和外壓。在0+000～45+325、56+873～80+430范圍地形起伏較大，在2.1～3.5m以下為巖層，考慮管道運(yùn)輸和安全等方面，采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)。

1.1.2 運(yùn)行情況

在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(PCCP)抗震、抗沖擊能力強(qiáng)，安裝方便；剛性管壁和粗糙外表面使之有很強(qiáng)的抵抗裝缷、運(yùn)輸、安裝過程中損壞的能力。因其重量較大，對運(yùn)輸要求較高，地形坡度較大而配套道路差會造成運(yùn)輸困難。在6+503～7+862、23+352～25+897區(qū)段因地面坡度較大，出現(xiàn)了運(yùn)輸和安裝困難的現(xiàn)象，造成施工進(jìn)度慢、投資增加。在施工時應(yīng)做好接管口處鋼制承插口的防腐工作，管口的防腐質(zhì)量將影響PCCP管的壽命和水質(zhì)指標(biāo)。

由于鋼套筒的作用，抗?jié)B能力非常好；管材接口采用鋼制承插口，尺寸較準(zhǔn)確，并設(shè)雙膠圈橡膠止水圈，止水效果好。在運(yùn)行期中，通過對管道起點處與終點處的流量計分析比較，80.43km的輸水管線漏率失率非常小，僅為0.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國家相關(guān)規(guī)范的規(guī)定范圍。

1.2 夾砂玻璃鋼管

1.2.1 設(shè)計布置

夾砂玻璃鋼管以熱固性樹脂為基體、玻璃纖維為增強(qiáng)材料、硅砂為填料，采用連續(xù)纏繞工藝而制成的壓力管道。具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、壽命長、耐磨性好、內(nèi)壁光滑阻力小于0.009等優(yōu)點。但相對混凝土管而言，其剛性較差，對基礎(chǔ)及回填要求較高，抗外壓能力差。在45+325～56+873范圍地形比較平緩，土層較厚，考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件采用夾砂玻璃鋼管。

1.2.2 運(yùn)行情況

夾砂玻璃鋼管因剛性較差、對基礎(chǔ)及回填要求較高、抗外壓能力差，施工要求較高，難度大。施工期局部地區(qū)出現(xiàn)變形較大，向管道充水時沿管道軸線方向地面出現(xiàn)龜裂，地面最寬處縫隙達(dá)3cm。

夾砂玻璃鋼管對壓力變化敏感，因進(jìn)排氣閥不能正常工作，運(yùn)行僅5個月，出現(xiàn)爆管3次，其中有2次出現(xiàn)在冬季。分析原因為冬季采暖補(bǔ)水量日增加2.5萬t，同時進(jìn)排氣閥在冬季易出現(xiàn)結(jié)凍現(xiàn)象不能正常工作。

2 管道附件

2.1 檢修閥

2.1.1 設(shè)計布置

管路上安裝檢修閥的目的，主要是為保證在管路事故搶修時減少棄水、縮短泄水和充水時間。按照最長檢修棄水量不超過管線長度4km進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)管線縱斷圖和平面圖，一共設(shè)12處檢修閥，閥門設(shè)計采用手動蝶閥，口徑為DN1400。

2.1.2 運(yùn)行情況

在運(yùn)行檢修時發(fā)現(xiàn)局部區(qū)段檢修閥設(shè)置不合理，如：13+010～15+136區(qū)段未設(shè)置檢修閥，該區(qū)段管內(nèi)壓力較大，為檢修重點區(qū)域，如果需要檢修，則需要關(guān)閉4號、5號檢修閥，影響范圍大，檢修后向管內(nèi)充水時間長，后在13+150處增加1處檢修閥，解決了問題，取得了良好的效益。

2.2 排(泄)水閥

為了在管路進(jìn)行事故搶修時能將管路中的水迅速排出，在管道的適當(dāng)?shù)吞幵O(shè)置了必要的排(泄)水閥。閥門口徑根據(jù)排水量和排水壓力確定，采用DN400手蝶閥。排(泄)水閥設(shè)置的位置應(yīng)充分結(jié)合地形，應(yīng)能快速排(泄)管道內(nèi)的水。

2.3 進(jìn)排氣閥

2.3.1 設(shè)計布置

為了滿足管道在首次充水、事故檢修后大量排氣和正常使用時排除水中析出的少量氣體，避免斷流彌合水錘對長距離輸水管道的危害，據(jù)管線縱斷和檢修閥門的布置情況，在管路所有高點處、坡度小于0.01時每隔不超過700m和坡度超過0.01時每隔不超過800m設(shè)置一個進(jìn)排氣閥，共設(shè)置了規(guī)格為DN200的進(jìn)排氣閥115個。

2.3.2 運(yùn)行情況

管道運(yùn)行期間，進(jìn)排氣閥能否正常工作，對管道的安全起決定性作用。運(yùn)行5個月時，48+356處、51+357處、53+671處進(jìn)排氣閥不能正常工作，局部區(qū)段管道內(nèi)出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象，導(dǎo)致爆管3次。將進(jìn)排氣閥更換，便能安全運(yùn)行。經(jīng)分析比較發(fā)現(xiàn)，冬季為進(jìn)排氣閥事故多發(fā)期，排氣孔口閥片易凍死，導(dǎo)致不能正常工作，因此應(yīng)在冬季加強(qiáng)巡邏保養(yǎng)工作，保證進(jìn)排氣閥安全工作。

2.4 壓力監(jiān)測器

2.4.1 設(shè)計布置

為了連續(xù)監(jiān)測管道內(nèi)壓力變化情況，通過壓力變化情況迅速準(zhǔn)確地判斷管道運(yùn)行情況，根據(jù)管線縱斷圖和平面圖，在適當(dāng)位置設(shè)置了13個壓力監(jiān)測點。壓力監(jiān)測器以GPRS方式通過將數(shù)據(jù)無線傳輸至中心控制室。

2.4.2 運(yùn)行情況

當(dāng)管道出現(xiàn)事故時，可以通過分析壓力監(jiān)測器傳送的壓力變化值，迅速判斷事故發(fā)生區(qū)域，在幾次爆管事故中充分顯示出壓力監(jiān)測器優(yōu)越性。設(shè)計時采用太陽能電源方式給壓力監(jiān)測器提供電源，但太陽能電源方式存在天氣適應(yīng)能力差、提供電源不穩(wěn)定、受外界影響較大等問題，后將其改造為蓄電池提供電源方式，解決了以上問題。

2.5 水錘消除器

2.5.1 設(shè)計布置

水錘消除器實際是具有一定泄水能力、并適合于泵站停泵水錘壓變化過程的安全閥。其基本原理是在水泵斷電后，管路中出現(xiàn)低壓的短促時段內(nèi)水錘消除器閥門迅速動作，呈開啟狀態(tài)，待倒泄水流到達(dá)，管道產(chǎn)生突然水壓升高的瞬間迅速按照要求釋放一部分管道中的壓力水，以緩沖壓力上升，從而達(dá)到防止水錘的目的。該工程在一級加壓泵站出口處設(shè)置了兩臺緩閥式水錘消除器。

2.5.2 運(yùn)行情況

一級加壓泵站出口處的高程為102.00m，而出口處水壓為96.7m，壓力較大。在運(yùn)行期出現(xiàn)過一次因電氣故障導(dǎo)致突然停泵的情況，但因水錘消除器能正常工作，未對管道造成不良影響，僅在水錘消除器相連接的管口出現(xiàn)脫管現(xiàn)象。

3 結(jié) 語

a.一般長距離輸水管道工程地形復(fù)雜，起伏較大，施工難度較大，應(yīng)充分做好前期現(xiàn)場踏勘工作，優(yōu)化管線布置，縮短管線長度，減少投資，盡量少占農(nóng)田。

b.長距離輸水管道工程大都跨行政區(qū)，在項目前期和實施階段對外協(xié)調(diào)難度較高，尤其是行政審批流程長，涉及部門多，時空跨度大，應(yīng)合理安排工期。

c.夾砂玻璃鋼管對壓力變化較敏感，安裝運(yùn)輸要求較高。在地形起伏較大的地區(qū)，管道內(nèi)壓力變化較大，在重要的長距離輸水管道工程中盡量避免采用此種管材。

d.在東北地區(qū)，安裝進(jìn)排氣閥時應(yīng)注意防結(jié)凍情況。長距離輸水管道工程中進(jìn)排氣閥和壓力監(jiān)測器的合理設(shè)置，對管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行起非常巨大的作用，同時許多技術(shù)及安全措施還有待更深入地研究和提高，不斷總結(jié)經(jīng)驗，使技術(shù)更加完善，為社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更好的服務(wù)。

[1] 張志平.淺析忻州市長距離有壓重力輸水設(shè)計有關(guān)問題[J].水利建設(shè)與管理，2016(1)：31-33.

[2] 任兆寅，孟波.淺談水錘防護(hù)措施在長距離輸水管道中的應(yīng)用[J]. 水利建設(shè)與管理，2014(2)：15-16.

[3] CECS 193—2005城鎮(zhèn)供水長距離輸水管(渠)道工程技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[4] 鄭平.管道工程手冊[M].吉林：吉林電子出版社，2003.

Analysis on the application of long-distance water conveyance pipeline technology in Yinbai Water Resources Project

LI Qiang1, PENG Peng2, FU Bingbing3

(1. Fuxin Water Resources Construction Management Office, Fuxin 123000, China;2.FuxinWaterConservancySurveyandDesignInstitute,Fuxin123000,China;3.FuxinLingheRiverReserveAdministration,Fuxin123000,China)

Pipeline part accounts for higher proportion in total investment of the whole project in long-distance water conveyance pipeline project. Engineering scale, importance, terrain geology and hydrology as well as other situations should be comprehensively considered for determining pipe material, pipe diameter, working pressure and pipeline accessories. It is proposed that the function of suction and exhaust valve and pressure monitor in long-distance water conveyance pipeline is very important.

long-distance water conveyance pipeline; suction and exhaust valve; pressure monitor; PCCP

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.013

TV672+.2

A

1005-4774(2016)12- 0050- 03