淺析長距離輸水管道技術在引白水源工程中的應用

李 強 彭 鵬 付冰冰

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

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淺析長距離輸水管道技術在引白水源工程中的應用

李 強1彭 鵬2付冰冰3

(1.阜新市水源建設管理辦公室， 遼寧 阜新 123000；2.阜新市水利勘測設計研究院， 遼寧 阜新 123000；3.阜新市凌河保護區管理局， 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結合工程的規模、重要性、地形地質水文等情況綜合考慮。本文通過對管材和管道附件在設計、施工和運行等不同時段出現的問題進行分析與解決，其中長距離輸水管道中進排氣閥和壓力監測器的作用非常重要。

長距離輸水管道； 進排氣閥； 壓力監測器； 預應力鋼套筒混凝土管

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

輸水線路沿線地貌單元以低山丘陵為主，各地貌單元地形嚴格受地質控制。線路所經過地區地質構造屬于新華夏構造體系，構造形跡由比較平緩的褶皺和比較強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附近有斷裂構造，其他區段基本不存在對管線穩定性有影響的斷裂。地下水類型主要為松散巖類孔隙水，含水層地下水動態變化幅度較大。地貌、地質和水文條件良好。

1 管線設計布置

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根據工程的具體情況，做出安全、技術、經濟等多方面分析比較。針對不同管材對工程的適應特性，充分發揮管道的最大優點，確保工程投資少、管道運行安全可靠、管理方便、運行成本低、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、復雜地質于一體的壓力與重力流相結合管道工程。因此引白水源輸水管道工程管材采用預應力鋼筒混凝土管(PCCP) 和夾砂玻璃鋼管組合方式，局部采用鋼管。

1.1 預應力鋼套筒混凝土管(PCCP)

1.1.1 設計布置

預應力鋼套筒混凝土管(PCCP)是由鋼套筒、鋼絲和混凝土構成的復合管材，綜合發揮了鋼材的抗拉、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，考慮管道運輸和安全等方面，采用預應力鋼筒混凝土管(PCCP)。

1.1.2 運行情況

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

由于鋼套筒的作用，抗滲能力非常好；管材接口采用鋼制承插口，尺寸較準確，并設雙膠圈橡膠止水圈，止水效果好。在運行期中，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%，遠遠小于國家相關規范的規定范圍。

1.2 夾砂玻璃鋼管

1.2.1 設計布置

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

1.2.2 運行情況

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

夾砂玻璃鋼管對壓力變化敏感，因進排氣閥不能正常工作，運行僅5個月，出現爆管3次，其中有2次出現在冬季。分析原因為冬季采暖補水量日增加2.5萬t，同時進排氣閥在冬季易出現結凍現象不能正常工作。

2 管道附件

2.1 檢修閥

2.1.1 設計布置

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進行設置，根據管線縱斷圖和平面圖，一共設12處檢修閥，閥門設計采用手動蝶閥，口徑為DN1400。

2.1.2 運行情況

在運行檢修時發現局部區段檢修閥設置不合理，如：13+010～15+136區段未設置檢修閥，該區段管內壓力較大，為檢修重點區域，如果需要檢修，則需要關閉4號、5號檢修閥，影響范圍大，檢修后向管內充水時間長，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

為了在管路進行事故搶修時能將管路中的水迅速排出，在管道的適當低處設置了必要的排(泄)水閥。閥門口徑根據排水量和排水壓力確定，采用DN400手蝶閥。排(泄)水閥設置的位置應充分結合地形，應能快速排(泄)管道內的水。

2.3 進排氣閥

2.3.1 設計布置

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設置一個進排氣閥，共設置了規格為DN200的進排氣閥115個。

2.3.2 運行情況

管道運行期間，進排氣閥能否正常工作，對管道的安全起決定性作用。運行5個月時，48+356處、51+357處、53+671處進排氣閥不能正常工作，局部區段管道內出現氣阻現象，導致爆管3次。將進排氣閥更換，便能安全運行。經分析比較發現，冬季為進排氣閥事故多發期，排氣孔口閥片易凍死，導致不能正常工作，因此應在冬季加強巡邏保養工作，保證進排氣閥安全工作。

2.4 壓力監測器

2.4.1 設計布置

為了連續監測管道內壓力變化情況，通過壓力變化情況迅速準確地判斷管道運行情況，根據管線縱斷圖和平面圖，在適當位置設置了13個壓力監測點。壓力監測器以GPRS方式通過將數據無線傳輸至中心控制室。

2.4.2 運行情況

當管道出現事故時，可以通過分析壓力監測器傳送的壓力變化值，迅速判斷事故發生區域，在幾次爆管事故中充分顯示出壓力監測器優越性。設計時采用太陽能電源方式給壓力監測器提供電源，但太陽能電源方式存在天氣適應能力差、提供電源不穩定、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，管路中出現低壓的短促時段內水錘消除器閥門迅速動作，呈開啟狀態，待倒泄水流到達，管道產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，從而達到防止水錘的目的。該工程在一級加壓泵站出口處設置了兩臺緩閥式水錘消除器。

2.5.2 運行情況

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。在運行期出現過一次因電氣故障導致突然停泵的情況，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脫管現象。

3 結 語

a.一般長距離輸水管道工程地形復雜，起伏較大，施工難度較大，應充分做好前期現場踏勘工作，優化管線布置，縮短管線長度，減少投資，盡量少占農田。

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

c.夾砂玻璃鋼管對壓力變化較敏感，安裝運輸要求較高。在地形起伏較大的地區，管道內壓力變化較大，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，安裝進排氣閥時應注意防結凍情況。長距離輸水管道工程中進排氣閥和壓力監測器的合理設置，對管道系統的安全運行起非常巨大的作用，同時許多技術及安全措施還有待更深入地研究和提高，不斷總結經驗，使技術更加完善，為社會經濟建設提供更好的服務。

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

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

[3] CECS 193—2005城鎮供水長距離輸水管(渠)道工程技術規程[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