大口徑長距離輸水管道優(yōu)化設計探討

楊駿

摘 要：城市的輸水管道為人們提供了便利的生活條件，是現(xiàn)代化社會城市建設的重要組成部分。輸水管道設施在建設中往往會花費大量的時間、人力、物力，尤其是大口徑長距離的輸水管道。因此，為了減少經(jīng)濟成本，提高建設效果，對其優(yōu)化設計探討很有必要。

關鍵詞：大口徑;長距離;輸水管道;優(yōu)化措施

1 大口徑長距離輸水管道選址原則

在管道選址過程中需要設計多種綜合性的設計方案，選擇合理的、與實際情況匹配的大口徑長距離管道建設位置能夠提高管道建設的安全性，降低建設成本，減少建設時長，同時有利于后續(xù)管道維護和檢修工作的順利進行。通過查閱相關資料，結合實際工作經(jīng)驗，大口徑長距離的輸水管道在建設過程中需要遵循以下位置選址原則：

1.1 在進行管線位置的選擇時，需要結合實際的城市建設現(xiàn)狀和道路規(guī)劃設計情況，盡可能選擇靠近用戶使用點的位置展開后續(xù)施工，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況對管線設計進行及時的優(yōu)化和調整。

1.2 與各種障礙物保持適當距離，如河流、公路、鐵路等，并且在公路和鐵路的一側埋設，減少由于復雜地質條件造成的施工限制，為后續(xù)維修工作創(chuàng)造便利。

1.3 為了提高輸水管線的經(jīng)濟效益，降低不必要的經(jīng)濟成本浪費，需要在管線選擇時盡可能的使用較短的輸水線路。同時，保護生態(tài)環(huán)境，盡可能的避免占用農(nóng)田，減少住戶拆遷的現(xiàn)象發(fā)生。結合當?shù)氐膶嶋H城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設規(guī)劃，降低輸水管道穿越障礙物的次數(shù)。

1.4 避開導電率高的土壤腐蝕嚴重地區(qū)，降低管道的腐蝕破壞。

1.5 選擇水利條件好，管理設施齊全的地區(qū)，加大管道設施管理效果。

2 輸水管材的選擇

管道材料是管道建設的核心因素，優(yōu)化大口徑長距離輸水管道需要從管道材料的選擇入手。性能優(yōu)異的管道材料能提高其輸送水源的安全性能，保障人們生活用水的穩(wěn)定性。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，管道材料的選擇也更加多樣，目前我國常用的大口徑長距離輸水管道的材料包括鋼管、預應力鋼筒混凝土管、玻璃鋼夾砂管和球墨鑄鐵管等。具體的管道材料性能優(yōu)缺點比較如下表1所示：

2.1 球墨鑄鐵管優(yōu)異性能分析

結合實際的管材施工管理經(jīng)驗，在實際的大口徑長距離輸水管道設計過程中往往選用球墨鑄鐵管。球墨鑄鐵即DIP，其主要由生鐵作為主原料，內(nèi)部含碳量在3.5%至4.1%之間。球墨鑄鐵管在制造過程中，進行了專業(yè)的球化處理，并且在基本管材形狀形成后進行二次退火處理，有效提高了管材整體的金相組織分布密度，使得其具備更加優(yōu)異的穩(wěn)定性和延伸性。由于輸水管道長期深埋地下，土壤中的化學物質會對管道造成嚴重傷害。尤其的酸性土壤，為了提高管道安全性能，需要在優(yōu)化過程中著重選擇耐腐蝕性高的管道材料。根據(jù)我國ISO2531標準管理試驗，球墨鑄鐵管的穩(wěn)定性與鋼管穩(wěn)定性相同，并且具備更加明顯的耐腐蝕效果。這些優(yōu)勢特點能夠使得球墨鑄鐵管在實際的輸水管道建設中，延長埋地使用壽命，提高輸水管道綜合性能。同時，球墨鑄鐵管的管壁厚度較低，為后續(xù)開展相關內(nèi)壁水泥凃封工作提供了保障。除此之外，球墨鑄鐵管使用T形的滑入式接口，并且使用橡膠圈進行止水，不容易發(fā)生漏水現(xiàn)象，整體的機械加工性能優(yōu)異，能夠實現(xiàn)焊接、切割、鉆孔等輸水管道施工內(nèi)容，有效減少了后期管道實際使用過程中發(fā)生漏水的情況。

2.2 管材水頭損失計算

為了使輸水管材的選擇過程更加專業(yè)，可以對不同的管道材料水流量進行計算，水流量計算公式為：

Q=k/n*D8/3*IO.5

式中Q代表流量，單位為m3/s;k代表一般常數(shù);n代表粗糙系數(shù);D為管道直徑;i為水力坡度指數(shù)。在管道直徑、水流量大小相同的情況下，球墨鑄鐵管產(chǎn)生的水頭損失最小，說明其具備優(yōu)異的輸水效果，能夠減少由于出現(xiàn)漏水、滲水等問題為企業(yè)帶來的經(jīng)濟損失，值得在實際大口徑長距離輸水管道建設中被廣泛應用。

3 管道排氣閥及泄水閥優(yōu)化

由于大口徑長距離的輸水管道在實際應用過程中常常會受到地形影響，使得水中常常摻雜著一些氣體。這些氣體在長時間的水流過程中被釋放，導致在地形最高點也就是管道起伏的頂部，形成阻力壓縮過水截斷面，造成輸水損失。因此在管道建設過程中尤其是大口徑長距離輸水管道，必須在管段高處安裝排氣閥，用來排出管道內(nèi)的氣體，同時結合檢查孔進行綜合考慮?？偟膩碚f，排氣閥的造價成本對于整體的輸水管道工程經(jīng)濟投入影響較小，但是對其安全和穩(wěn)定運行效果起到至關重要的作用。如果管道排氣效果較差，會導致爆管、管道接口松動和漏水等事故發(fā)生，使得整體輸水能力大打折扣，提高維修經(jīng)濟投入，降低管道使用時長。輸水管道在坡度小于1‰時，一般每隔一公里左右可以安裝相應的排氣閥。針對排氣閥門的選擇，往往選取防凍型，并且根據(jù)管道實際的起伏效果進行數(shù)量的調整，必要時需要結合專業(yè)的水力計算，提高排氣閥使用效果。

除此之外，還需要在管道的最低點，安裝泄水閥，用于檢修放水。輸水管設置的位置和數(shù)量，應按兩個檢修閥之間所限定檢修段的地形和防水條件確定。同時，根據(jù)泄水閥水力效果進行直徑的選擇和確定，一般選取主管道直徑長度的20%至25%之間。針對大口徑泄水閥的選取，往往使用手動閥門，并且要對其密封性能進行嚴格的檢查和管理，避免出現(xiàn)泄露問題，提高其可靠性能。

4 結語

綜上所述，大口徑長距離輸水管道的設計優(yōu)化可以從管道選址、管材選擇和相關排氣閥泄水閥的安裝等各個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。為了提高輸水管道的綜合性能，相關供水企業(yè)需要不斷開發(fā)新型技術，因地制宜的開展施工，合理選址建材，增強管道與實際地區(qū)情況的匹配程度，為人們提供更加便利的輸水條件。

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