管線工程調壓設施比選

劉海波

（水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊市830000）

管線工程調壓設施比選

劉海波

（水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊市830000）

新疆JKSS管線工程通過在輸水管線上布置調壓設施來減小輸水管線承受的水壓力并對輸水管道進行水錘防護，為確保防護效果，對調壓設施進行確定。通過工程布置、施工條件、工程管理及投資多方面對調壓設施進行型式分析比選，推薦采用鋼筋混凝土箱型水池，可有效解決工程中水位高差大、管內壓較大及水錘的問題，對工程建設起到顯著作用。

管線工程；穩壓水池；調壓水池；調壓塔；水錘防護

0 前言

新疆JKSS管線工程承擔跨流域輸水任務，線路總長182.52 km，建筑物組成見圖1。本工程首部水庫取水口正常水位與管道末端水位高差近131.5 m，輸水管道管材大部分采用PCCP管,根據一般工程經驗，內壓超過80 m水柱時，PCCP管道接頭，閥門連接，管件連接等處易出現故障，且影響管道整體安全。依據水力過渡過程計算分析，根據結果結合輸水管線布置及地形地質條件，在整個輸水管線上布置了穩壓（調壓）水池和調壓塔（調壓井）等設施來減小輸水管線承受的水壓力并且對輸水管道進行水錘防護[3]。其具體布置位置詳見表1。

由于調壓設施的型式選擇對于工程的經濟效益及運行安全起到關鍵性因素，故這里從工程布置、施工條件、工程管理及投資方面對調壓設施的型式進行比選。

1 調壓塔型式選擇

根據水力過渡過程計算分析結果，本階段調壓塔型式初步選定普通雙向調壓塔（調壓井）與箱式雙向調壓塔進行比較。

（1）普通雙向調壓塔（調壓井）

普通雙向調壓塔（調壓井）構造簡單，為一開口的水池—大水柱，裝設與輸水干管上易于發生水柱分離的高點或折點處，當發生突然事故停泵時，它能向管路中補充水，以防止水柱分離，可有效地消減斷流彌合水錘升壓。當管路中水錘壓力升高時，高壓水流進入調壓塔中，從而起到緩沖水錘升壓的作用。

目前，調壓井的型式較多，主要有簡單式調壓井、阻抗式調壓井、水室式調壓井、溢流式調壓井、差動式調壓井和氣墊式調壓井。

依據本工程地形及地質條件，結合輸水方式，普通調壓塔初步選定采用阻抗式調壓塔。

根據輸水管道水力過渡過程計算分析結果，為確保工程安全，除XTJ穩壓水池和GET調壓水池外，還需在以下位置處設置附加調壓設施。普通雙向調壓塔（調壓井）各樁號特征值如下表2所示。

圖1 線路總體布置圖

表1 穩壓（調壓）水池和調壓塔（調壓井）規格表

根據表2水力過渡過程計算結果提供的普通雙向調壓塔樁號位置，結合工程現場地形，上表中所列6處樁號附近均為地形較平坦開闊的戈壁，基礎為第四系上更新統～全新統沖洪積含土砂卵礫石層，地基承載力較低。下表3為普通雙向調壓塔（調壓井）基礎應力值表。

表2 普通雙向調壓塔特征值

表3 普通雙向調壓塔（調壓井）基礎應力值表

從表3可以看出，除97+000樁號位置處普通雙向調壓塔（調壓井）地基應力小于地基允許承載力外，其余各處地基應力均大于地基允許承載力外。本工程場址處50年超越概率10%的動峰值加速度為0.2 g，對應的地震基本烈度為Ⅷ度。依據規范普通雙向調壓塔（調壓井）為輸水管道附屬建筑物，為2級建筑物。經計算，在地震工況下，97+000樁號處普通雙向調壓塔（調壓井）抗滑穩定安全系數Kc為0.84，小于規范允許值1.05。

綜合考慮以上因素，依據水力過渡計算過程布置的調壓塔不能采用普通雙向調壓塔（調壓井）。

（2）箱式雙向調壓塔

箱式雙向調壓塔是壓力輸水管道水錘防護的一種措施，近年來，在水利、城鎮、企業供水和水力發電系統，都有應用。在工程技術及理論研究領域，箱式雙向調壓塔被認為是水錘防護比較好的措施，無論是斷流水錘、非斷流水錘、直接還是間接水錘，箱式雙向調壓塔都具有較好防護效果[4-5]。

箱式雙向調壓塔塔高僅4 m～7 m，采用上下不等面積活塞增壓原理，使活塞上部面積乘其水深等于活塞下部面積乘以管道最大壓力之積，達到活塞的動態平衡，保證管道發生意外水錘時，只要壓力升高大于正常運行最大設計水壓，活塞下部的作用合力大于活塞上部的作用合力，活塞上移，打開泄水口，使管道超高壓力得以釋放，從而保護管道安全，當管道因突然停泵或開閥等水錘原因使管道壓力降至低于箱內水深或出現負壓時，塔內水則向管道內流動，預防或消除管道斷流現象，消減斷流彌合水錘[1-2]。由此可見，箱式雙向調壓塔具有普通雙向調壓塔的功能，其高度可大幅度降低，其降低值可根據具體情況適當擴大活塞上部面積即可。

表4 調壓水池型式比選表

通過對普通雙向調壓塔（調壓井）和箱式雙向調壓塔方案的比較可以看出，工程布置、施工條件及工程管理方面，箱式雙向調壓塔都較普通雙向調壓井具有一定的優勢，水錘防護效果好，體積較小，占地少，布置靈活，且投資也較省，但管理維護相對困難。普通雙向調壓塔造價昂貴，冬季還需要加熱防凍，而與工程環境協調性差，還可能因地震等自然災害倒塌，造成工程事故。而箱式雙向調壓塔隱蔽性好，與工程環境協調性較好，可直接設于閥門井內，完全不銹鋼閥芯制造，加上每年必須人為動作一次及安全要求，具有基本等同于普通調壓塔的安全可靠性。當設置普通雙向調壓塔（調壓井）時，其基礎應力大于地基允許承載力或在地震工況下，其抗滑安全系數小于規范允許值。綜合以上分析，結合輸水管道水力過渡過程計算分析結果，除XTJ穩壓水池和GET調壓水池外，須額外增設的6處附加調壓設施推薦采用箱式雙向調壓塔。

2 穩壓（調壓）水池型式選擇

根據水力過渡過程計算分析結果，本階段穩壓（調壓）水池初步選擇土工膜斜墻砂礫壩穩壓（調壓）水池和鋼筋混凝土箱型穩壓（調壓）水池進行比較。

XTJ穩壓水池型式比較時分別從地形地質條件、布置形式、施工條件、運行管理條件等方面進行比較，具體比選內容詳見下表4。

通過地形地質條件、工程布置、施工條件、運行管理比較，鋼筋混凝土箱型調壓水池方案具有施工簡單，占地少，運行管理方便可靠、運行費用較低的優點。且該方案由于采用池頂加蓋及覆土工程措施，保證了調節池冬季的正常使用，避免了夏季暴雨、山洪、風沙對水質的污染，基本無蒸發損失，因此經綜合比較分析，XTJ出口穩壓水池推薦鋼筋混凝土箱型水池方案。

GET調壓水池型式比選同XTJ出口穩壓水池，均推薦采用鋼筋混凝土箱型水池。

3 結語

本管線工程結合水力過渡過程計算分析結果，采取全線布置穩壓（調壓）水池和調壓塔（調壓井）等設施來減小輸水管線承受的水壓力并且對輸水管道進行水錘防護，通過比選確定了調壓塔采用箱式雙向調壓塔，水池采用鋼筋混凝土箱式水池的型式。調壓設施在考慮地形地質條件、工程布置、施工條件、運行管理方面等多方面因素進行合理布置選擇，同時有效解決工程中水位高差大，管內壓較大及水錘的影響，對工程建設起到顯著作用。

[1]楊玉思，閆明.消減斷流彌合水錘及氣囊運動升壓的最佳方式[J].中國給水排水，2006，04

[2]高學貞.長距離較平坦輸水管道采用箱式雙向調壓塔等防護措施的研究[D].長安大學，2008

[3]侯波.白楊河引水工程輸水管道工程中箱式雙向調壓塔的應用[B].陜西水利，2014.

[4]高鳳，王鶴，張博.箱式雙向調壓塔在長距離壓力流輸水系統中的水錘防護研究[B]，凈水技術，2014.

[5]楊玉思，徐艷艷，羨巨智.長距離高揚程多起伏輸水管道水錘防護的研究[J].給水排水，2009，35(4)．

TE832

B

1673-9000（2017）04-0132-02

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劉海波（1988-），男，新疆烏魯木齊市人，助理工程師，本科生，主要從事工作：水利工程設計。