呂梁市“引水入交”工程引水線路優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

雷 雨，沈金娟，曹 磊

（太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024）

1 工程概況

呂梁市陳家灣水庫(kù)至交口縣回龍鄉(xiāng)供水工程是以工業(yè)供水為主的綜合水利基礎(chǔ)設(shè)施工程，此項(xiàng)工程的實(shí)施將徹底緩解交口縣“十二五”期間工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源短缺的突出矛盾。該工程從橫泉水庫(kù)供水至中陽(yáng)鋼鐵廠供水工程（已建成）下游起，建設(shè)提水泵站至陳家灣水庫(kù)，經(jīng)過(guò)水庫(kù)的調(diào)節(jié)，實(shí)施二級(jí)泵站加壓后，自流引水到交口縣回龍鄉(xiāng)，設(shè)計(jì)年工業(yè)用水總量2000.0萬(wàn)m3。工程輸水線路長(zhǎng)，沿線地形變化較大，泵站需要揚(yáng)程高，輸水線路的初步選定應(yīng)結(jié)合各方面因素綜合考慮。根據(jù)相關(guān)資料，結(jié)合輸水線路選擇原則，本研究對(duì)該工程引水線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

2 輸水線路布置及優(yōu)化

2.1 泵站站址選擇

根據(jù)交口縣“引水入交”供水工程用水對(duì)象及水源水質(zhì)要求，借鑒柳林三交鎮(zhèn)集中供水工程，一級(jí)站水源為中陽(yáng)鋼鐵水廠（樁號(hào)ZK0+000，高程1 100.0 m），設(shè)計(jì)年供水量1 700萬(wàn)m3。經(jīng)一級(jí)泵站提水至陳家灣水庫(kù)（樁號(hào)ZK5+000，高程1 183.0 m），利用陳家灣水庫(kù)做調(diào)蓄池，在水庫(kù)上游（樁號(hào)CK0+000，高程1183.0m）修建二級(jí)加壓泵站提水至開(kāi)府村（樁號(hào)CK23+174，高程1558.0m），然后自流輸水到供水終點(diǎn)交口縣回龍鎮(zhèn)。

2.2 管道線路選擇及方案比較

根據(jù)交口縣“引水入交”供水工程水源、沿途供水對(duì)象和供水終點(diǎn)以及實(shí)際地形條件，考慮泵站總體揚(yáng)程、基巖隧洞工程的距離長(zhǎng)短等關(guān)鍵部位、關(guān)鍵控制性工程等因素，初步擬定一級(jí)站管道鋪設(shè)線路：中陽(yáng)鋼鐵水廠（樁號(hào)ZK0+000，高程1 100.0 m）沿南川河→段家莊（樁號(hào)ZK2+108，高程1 125.0 m）→陳家灣水庫(kù)（樁號(hào)ZK5+000，高程1 183.0 m）一級(jí)站供水終端；二級(jí)站管道鋪設(shè)路線：陳家灣水庫(kù)上游進(jìn)水口樁號(hào)（CK0+000，高程1 183.0 m）沿南川河→關(guān)上村（CK12+458，高程1 385.0 m）→石寶莊→曹家峪→老爺廟（最高控制點(diǎn)，海拔高程1 666.0 m）→（自流輸水）廣武莊→（自流輸水）大南溝出口→（自流輸水）興華寺→（自流輸水）十二盤→（自流輸水）交口縣回龍鎮(zhèn)（樁號(hào)CK62+405，海拔高程988.0 m）。

2.2.1 一級(jí)站管道線路方案優(yōu)化

一級(jí)站管線較短，泵站揚(yáng)程也相對(duì)較低，管線布置大概有兩種思路：方案一是從中陽(yáng)鋼鐵水廠按直線布管提水至陳家灣水庫(kù)，管線長(zhǎng)度最短、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、管理方便，但是這種管道布置法如果沿地面線布置，會(huì)使泵站的揚(yáng)程過(guò)高（凈揚(yáng)程達(dá)200.0 m），不能充分利用地形，如果考慮地形揚(yáng)程，則在沿線基本上都要開(kāi)挖隧洞，工程量和施工難度都比較大。第二種管線布置方案是沿南川河布線，這種布線方法相較于方案一管路長(zhǎng)度更長(zhǎng)，但是沿線地形變化趨勢(shì)比較平緩，且充分利用地形，使泵站的凈揚(yáng)程降低到83.0 m，工程建成后能大大節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，且工程量相較于方案一也小，施工交通方便。

經(jīng)綜合分析比較，很顯然選擇方案二更合理。

2.2.2 二級(jí)站管道線路方案優(yōu)化

二級(jí)站管道線路方案比較的前提條件：二級(jí)站主副廠房建筑面積不變，總安裝8臺(tái)水泵機(jī)組（6工2備）、總配套裝機(jī)功率6 400 kW（10 kV高壓電機(jī)）不變；110 kV高壓專用電源線路不變，（110 kV/10 kV）高壓變壓器10 000 kVA容量及變電站設(shè)施不變；共建4座泵站管理站建筑物工程不變；在共有基礎(chǔ)設(shè)施的條件下，分兩種管道線路布置，從管路長(zhǎng)度、工程地質(zhì)、工程量及投資、工程施工、工程運(yùn)行管理等方面進(jìn)行管道線路方案比較。

（1）方案一：提水壓力管道至老爺廟最高點(diǎn)管道線路布置。

二級(jí)站壓力管道線路：陳家灣水庫(kù)上游（樁號(hào)CK0+000，海拔高程1 183.0 m）→萬(wàn)年飽村→雙石窯村→車?guó)Q峪村→黃嵩嶺→關(guān)上村→石寶莊→曹家峪→老爺廟（最高控制點(diǎn)，海拔高程1666.0m）→（自流輸水）廣武莊→（自流輸水）大南溝出口→（自流輸水）興華寺→（自流輸水）十二盤→（自流輸水）交口縣回龍鎮(zhèn)（樁號(hào)CK63+980，海拔高程 988.0 m）。

優(yōu)點(diǎn)：該條管道線路總體順直，工程地質(zhì)基本屬于巖基基礎(chǔ)，基本選在基巖及河卵石基礎(chǔ)上，管道基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降的可能性較小。鋪設(shè)管道總長(zhǎng)63.98 km，加壓進(jìn)二級(jí)站（4.0萬(wàn)m3進(jìn)水前池）。沿線基本不需要打太長(zhǎng)的隧洞，工程量相對(duì)較小。根據(jù)管道線路布置，沿線從陳家灣至老爺廟需要架設(shè)鋼桁架5座，總長(zhǎng)1 100.0m；布設(shè)基巖隧洞7座，總長(zhǎng)8.9 km；設(shè)砼鎮(zhèn)墩3個(gè)，支墩12 480個(gè)；進(jìn)排氣閥井60座。

缺點(diǎn)：從陳家灣水庫(kù)到二級(jí)泵站出水池老爺廟（4.0萬(wàn)m3），二級(jí)站水泵機(jī)組一直屬于加壓，必須采用螺旋縫鋼管；二級(jí)站從陳家灣水庫(kù)出水口（高程為1 183.0 m）直接加壓提水到老爺廟控制點(diǎn)（高程為1 666.0 m），使得泵站凈揚(yáng)程達(dá)到483.0 m，國(guó)內(nèi)目前高揚(yáng)程泵站提水最大揚(yáng)程為200 m，這給水泵的選型造成了一定的困難，并且相應(yīng)地增加了工程在機(jī)電方面的投資和運(yùn)行費(fèi)用，另外這在以后的運(yùn)行管理中，也會(huì)使得供水系統(tǒng)的安全運(yùn)行存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

在老爺廟需建管理站。而該地地處比較荒僻，工程建成后管理站的工作人員生活會(huì)比較艱苦。部分管線要穿越墳?zāi)辜肮旨敖?jīng)濟(jì)林，相對(duì)建設(shè)難度較大。

（2）方案二：開(kāi)府村經(jīng)隧洞至廣武村布置管道。

管道線路布置：二級(jí)站壓力管道線路：陳家灣水庫(kù)上游（樁號(hào)CK0+000，海拔高程1 183.0 m）→萬(wàn)年飽村→雙石窯村→車?guó)Q峪村→黃嵩嶺→關(guān)上村→石寶莊→曹家峪→開(kāi)府村（最高控制點(diǎn)，樁號(hào)C23+174，海拔高程1 558.0 m）→（隧洞5 067.0 m）→廣武莊（樁號(hào)CK28+241，海拔高程1 512.0 m）→（自流輸水）大南溝出口→（自流輸水）興華寺→（自流輸水）十二盤→（自流輸水）交口縣回龍鎮(zhèn)（樁號(hào)CK62+405，海拔高程988.0 m）。鋪設(shè)管道62.405 km。

優(yōu)點(diǎn)：該條管道線路是把水從陳家灣水庫(kù)提到開(kāi)府村（樁號(hào)CK23+174，海拔高程1 558.0 m）的4.0萬(wàn)m3出水池及管理站區(qū)域，在開(kāi)府村開(kāi)掘隧洞至廣武村；水從開(kāi)府村利用重力流自壓原理，自流輸水至交口縣境內(nèi)回龍鎮(zhèn)（樁號(hào)CK62+405，海拔高程988.0 m）。根據(jù)控制點(diǎn)測(cè)量成果，CK0+000～CK23+174段，在“土石山區(qū)”推薦鋪設(shè)DN600螺旋縫雙面埋弧焊管；自流段CK23+174～樁號(hào)CK62+405推薦鋪設(shè)DN600玻璃鋼夾砂管；根據(jù)實(shí)地考察，輸水管道在交口境內(nèi)自流39.231 km。根據(jù)總體布置，該方案管道線路的鋪設(shè)使二級(jí)泵站凈揚(yáng)程為375.0 m，相比方案一降低了108.0 m，自留段線路更長(zhǎng)，因而運(yùn)行費(fèi)用更經(jīng)濟(jì)。沿線需要架設(shè)鋼桁架10座，總長(zhǎng)1 990.0 m，布設(shè)基巖隧洞6座，總長(zhǎng)14 000.0 m。

從運(yùn)行管理角度考慮，管道鋪設(shè)線路與干線公路基本一致，二級(jí)站出水池建在開(kāi)府村附近，巡視檢修交通比較便利。

缺點(diǎn)：比方案一增加1座4.0萬(wàn)m3出水池及管理站，相對(duì)永久性占地面積、臨時(shí)占地面積各有所增加；比方案一增加基巖隧洞1座（5 067.0 m），工程量增大；部分管線要穿越墳?zāi)埂⒐旨敖?jīng)濟(jì)林，相對(duì)建設(shè)難度較大。

2.2.3 二級(jí)泵站管道路線兩種方案總體比較

根據(jù)設(shè)計(jì)估算，方案二相對(duì)方案一石方工程量較大；二級(jí)站總體設(shè)計(jì)管道線路長(zhǎng)62.405 km，其中在交口境內(nèi)自流輸水管道長(zhǎng)度39.231 km，自流輸水管道采用玻璃鋼夾砂管；從交通運(yùn)輸、施工安裝、工程巡視檢查情況看，比方案一較優(yōu)，便于管理；從增加建筑物工程總投資情況看，比方案一較大；方案二泵站總揚(yáng)程比方案一低108 m，管線總長(zhǎng)比方案一短，從泵站技術(shù)層面、工程安全運(yùn)行以及工程建成后運(yùn)行費(fèi)用方面看，比方案一優(yōu)。方案優(yōu)化成果見(jiàn)表1。

3 結(jié)論

文章從技術(shù)可行、施工難易、工程量、建成后運(yùn)行管理、工程建設(shè)投資等方面入手，對(duì)呂梁市“引水入交”工程供水管線布置進(jìn)行了優(yōu)化布置研究。根據(jù)設(shè)計(jì)估算及綜合比較分析，推薦本工程采用方案二。現(xiàn)呂梁市“引水入交”工程的初步設(shè)計(jì)已采用本研究的推薦方案。

表1 二級(jí)站管道線路方案比較表

[1]金錐，姜乃昌，汪興化等.停泵水錘及其防護(hù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]周廣林，廣州市西江引水工程線路布置及比選設(shè)計(jì)，科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010.

[3]唐小華，高壓送電線路設(shè)計(jì)對(duì)施工造價(jià)的影響探討[J]，科技風(fēng)，2010，（07）.