新疆古爾圖河八級水電站溝埋管道設(shè)計

李斌

摘 要：本文通過對古爾圖河八級站溝埋管道設(shè)計的總結(jié)，探討了新疆徑流式水電站溝埋管道的橫斷面設(shè)計、管道結(jié)構(gòu)設(shè)計、抗外壓設(shè)計及管道防腐等問題，供類似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：古爾圖河八級站 溝埋管道 橫斷面 結(jié)構(gòu)設(shè)計 管道防腐

1.工程概況

古爾圖河梯級水電站八級站是新疆建設(shè)兵團(tuán)第七師古爾圖河上的第6個梯級，屬于徑流式水電站。電站廠房位于烏伊公路以北約2.2km處。電站共裝3臺機(jī)組，總裝機(jī)容量為7.0MW。

古爾圖河梯級水電站八級站屬小（2）型Ⅴ等工程。電站總布置由取水口、引水渠、前池、壓力管、主副廠房、尾水渠、升壓站、尾水渠、退水渠等組成。工程區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

2.壓力管道設(shè)計

2.1基本地質(zhì)

壓力管道走向近北東南西向，全長1.8km，位于古爾圖河右岸Ⅲ級階地上，地表出露和探井揭露地層為厚層的上更新統(tǒng)沖洪積松散堆積卵石，卵石成分以硬質(zhì)巖石花崗巖和凝灰?guī)r為主，約占成分的80%。壓力管道沿線承載力特征值240～280kpa。地勢平坦，地表植被稀少。

2.2總體布置

壓力溝埋管道起始段與壓力前池軸向成平行布置，全長1.8km。壓力溝埋管道進(jìn)口處位于前池通氣孔后，進(jìn)口中心線高程為542.13m，末端接蝶閥，蝶閥中心線高程為500.00m。壓力管一根主管供三臺機(jī)組，設(shè)計發(fā)電流量20.5m2/s。主管內(nèi)徑3.0m。支管內(nèi)徑分別為1.5m、1.5m、1.25m，岔管形式選用三梁岔，采用非對稱Y形布置。

2.3壓力管道管材選型

2.3.1管材比較

壓力管道沿線在三級臺地上，總長約1.73km，管道區(qū)內(nèi)最大相對高差約34.7m，地勢平緩。根據(jù)附近工程經(jīng)驗，在這種較為平緩地形里布置壓力管，地埋壓力管方案優(yōu)勢明顯：投資省，占地小、施工方便。因此本工程壓力管道擬采用地埋壓力管方案。本工程擬采用三種管材進(jìn)行比較：鋼管、玻璃鋼管、PCCP管。

2.3.2鋼管

鋼管的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)安全可靠，各種壓力下均能滿足結(jié)構(gòu)要求，管件質(zhì)量較輕，運(yùn)輸費用低；缺點是需現(xiàn)場拼裝管段，存在現(xiàn)場安裝焊縫，對胸腔回填土的施工質(zhì)量要求較高，需涂裝內(nèi)外防腐層。

2.3.3預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管）的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)可靠，造價較低，缺點是每段質(zhì)量高，運(yùn)輸費用高，安裝時需配有一定的起吊設(shè)備。

2.3.4玻璃管夾砂管

玻璃管夾砂管的優(yōu)點是管段質(zhì)量較輕，運(yùn)輸費用低，安裝簡便，管壁糙率小，其管徑亦可相應(yīng)縮小，造價低；缺點是對胸腔回填土的施工質(zhì)量要求嚴(yán)格。

2.3.5管材比較

從上述內(nèi)容可以看出，鋼管是傳統(tǒng)管材，施工工藝成熟，應(yīng)用廣泛，但造價偏高；玻璃鋼管是一種較為新型的管材，具有自重輕、安裝方便快捷、造價低等優(yōu)點，但是玻璃鋼管抗外壓能力差，同時使用年限較PCCP管短；PCCP管具有造價低、安裝方便等優(yōu)點，但自重較大，限制在坡度平緩的場地施工。

2.4溝埋管道橫斷面設(shè)計（如圖）

管溝開挖尺寸：底寬4.2m，開挖邊坡為1：0.5；

由于回填土為砂礫石，為防止施工時破壞管道的外壁防腐，在管道外壁四周回填30cm厚的細(xì)砂墊層，管道其他部位分為三個區(qū)進(jìn)行回填，Ⅰ區(qū)回填密度為0.75，Ⅱ區(qū)回填密度為0.7，Ⅲ區(qū)為松填。管道回填之前需對溝底進(jìn)行平整，剔除軟弱夾層、尖角礫石及超粒徑材料。

2.5管道結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）設(shè)計原則。本工程溝埋管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括鋼管承受內(nèi)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計和鋼管抗外壓穩(wěn)定設(shè)計。

（2）基本參數(shù)。①鋼管管徑：本工程全線主管管徑均為3.0m；②鋼材：全線管道均采用Q235C鋼板，屈服點強(qiáng)度δs=235MPa，抗拉強(qiáng)度δb=235MPa；③內(nèi)水壓力：壓力管最大內(nèi)水壓力為60.0m；④外部壓力：壓力鋼管上部覆土厚度為2.0m。

（3）計算方法及成果。對于長壓力溝埋管道的計算按《給水排水工程埋地鋼管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》（CECS141：2002）進(jìn)行計算。對于溝埋管道，有管道本身承受內(nèi)水壓力。對于溝埋管道的抗外壓穩(wěn)定計算，抗外壓穩(wěn)定系數(shù)K，光面管取2.0，加勁環(huán)式鋼管取1.8。光面管的Pcr按規(guī)范推薦的經(jīng)驗公式及阿姆斯特茲公式進(jìn)行計算，包括加勁環(huán)間管壁的穩(wěn)定及加勁環(huán)自身的穩(wěn)定計算。結(jié)構(gòu)計算結(jié)果：溝埋管道全程采用Q235C鋼板，壁厚為8～12mm。鋼管外均設(shè)置換高100mm，環(huán)厚10mm的加勁環(huán)，加勁環(huán)間距均為1500mm。

3.壓力管道防腐設(shè)計

3.1壓力鋼管內(nèi)壁防腐

內(nèi)壁防腐涂料用于管壁內(nèi)與水流相接觸的部位，采用超厚漿型無溶劑耐磨環(huán)氧漆，分為兩層進(jìn)行噴涂，每層厚400μm。

3.2壓力鋼管外壁防腐

外壁防腐涂料用于鋼管、加勁環(huán)與回填土相接觸的部位，采用三布四油環(huán)氧煤瀝青漆進(jìn)行防腐，其涂層結(jié)構(gòu)為1道底漆、1道厚2mm面漆、1道玻璃絲布、1道厚2mm面漆、1道玻璃絲布、1道厚2mm面漆、1道玻璃絲布、2道面漆，刷涂總厚度大于0.8mm。

4.結(jié)語

古爾圖河八級站于2013年7月完工并開始發(fā)電，試運(yùn)行過程中鋼管運(yùn)行良好，沒有出現(xiàn)異常現(xiàn)象。當(dāng)然溝埋管道的設(shè)計情況還可以根據(jù)運(yùn)行后的觀測情況進(jìn)行進(jìn)一步的評價。但是總體上古爾圖河八級站作為首例在新疆建設(shè)兵團(tuán)第七師水電站長壓力管道的設(shè)計是值得總結(jié)回顧的。

參考文獻(xiàn)：

[1]給水排水工程埋地鋼管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程[S].CECS141：2002.

[2]水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范[S].SL281-2003.

[3]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].GB50017-2003.endprint