大西溝管道引水工程設(shè)計方案

張 玲

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000）

1 工程概況

大西溝管道引水工程所在地為新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊河流域低山丘陵地區(qū)。工程主要由取水首部（引水涵洞、壓力前池、壓力管道和水質(zhì)預(yù)處理廠）、引水管道及消能減壓設(shè)施組成[1]。

本工程引水管線最大引水流量為12.73 m3/s。線路落差為656 m，采用4級壓力分區(qū)，每級管道后部均接消能減壓設(shè)施，各級引水管道管材采用PC?CP管+球墨鑄鐵管組合方案，靜壓小于等于1.0 MPa采用PCCP管，大于1.0 MPa采用球墨鑄鐵管。

（1）第一級引水管道。長10 534 m，最大靜水壓力156 m，管徑2.4 m，其中一級0+000～一級6+800為PCCP管道，一級6+800～一級10+534采用球墨鑄鐵管。

（2）第二級引水管道。長13 958 m，最大靜水壓力175 m，管徑2.4 m，其中二級0+000～二級9+645為PCCP管道，二級9+645～二級13+958采用球墨鑄鐵管。

（3）第三級引水管道。長7590 m，最大靜水壓力152 m，管徑2.2 m，其中三級0+000～三級5+000為PCCP管道，三級5+000～三級7+590采用球墨鑄鐵管。

（4）第四級及尾部引水管道。管道長度分別為8530 m和1432 m，最大靜水壓力分別為173 m和26 m，管徑2.2 m，其中四級0+000～四級4+500及尾0+000～尾1+432為PCCP管道，四級4+500～四級8+530采用球墨鑄鐵管，尾部引水管道末端設(shè)置檢修閥室。

該工程為Ⅱ等大（2）型城市供水工程，主要由取水首部、引水管道及消能減壓穩(wěn)壓設(shè)施組成。管道最大引水流量為12.73 m3/s，最小引水流量為1.00 m3/s[2]。

2 工程設(shè)計難點

（1）管道沿線總水頭落差656 m，落差大。

（2）單級管道靜水壓力均在150 m以上，設(shè)計壓力大；消能閥上、下游壓差比為58∶1，設(shè)計壓差大。

（3）冬季氣溫低，極端最低氣溫-35.2℃，凍土深度1.62 m。

（4）上游河道總輸砂量為6.5萬t，輸砂量大。

（5）引水管道壓力分區(qū)多，全線分4級壓力分區(qū)，輸水管道長43.2 km致使輸水系統(tǒng)聯(lián)動復(fù)雜[3]。

3 工程設(shè)計方案

設(shè)計人員針對工程設(shè)計難點在工程布置時采取了相應(yīng)的設(shè)計方案。

（1）針對總水頭落差大656 m，采用4級壓力分區(qū)。單級靜水壓力最大175 m，考慮水錘壓力后控制工況的設(shè)計壓力為230 m，其余單級靜水壓力均在150 m以上。本工程單級管道靜水壓力遠遠大于遼寧省大伙房輸水工程（單級壓力分區(qū)靜水頭60 m以內(nèi)）、山西省萬家寨引黃工程（單級壓力分區(qū)靜水頭80 m以內(nèi)）等國內(nèi)代表性工程，目前僅有新疆阿拉山口供水工程壓力分區(qū)控制在靜水頭178 m以內(nèi)，但其單級壓力分區(qū)178 m的管道長度僅為930 m，管徑僅為0.8 m，其余長距離的分段靜水頭均在120 m和140 m左右。本工程單級靜水壓力分區(qū)在國內(nèi)同類工程中名列前茅。

（2）針對單級靜水壓力高175 m，選擇了合適的管材。在國內(nèi)首次在設(shè)計流量12.73 m3/s，工作壓力230 m（2.3 MPa）工況下選擇DN2400的K9球墨鑄鐵管，并結(jié)合PCCP管解決了大流量、高水頭、長距離輸水管道管材選擇的難題。每級引水管道都由預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（以下簡稱PCCP管）+球墨鑄鐵管組成，靜水壓力小于等于1.0 MPa采用PCCP管，大于1.0 MPa采用球墨鑄鐵管，一級和二級管徑為2.4 m，三級和四級管徑為2.2 m。

（3）針對管道末端高水頭、高壓差比（58∶1）選擇了安全有效的消能方式。每級管道末端均采用高壓差多級消能淹沒式調(diào)節(jié)閥，一級和二級消能閥設(shè)置4臺，采用2大2小，檢修閥對應(yīng)管徑分別為1.1、0.8 m；三級和四級消能閥設(shè)置3臺，采用2用1備，檢修閥對應(yīng)管徑為1.1 m。該閥消除靜水壓力175 m水頭目前在國內(nèi)是首例工程，也是新疆第一個采用高壓差（58∶1）多級消能淹沒式調(diào)節(jié)閥解決消能水頭高、閥前閥后壓差大難題的工程[3]。

（4）針對冬季氣溫低，全線輸水管道均為地埋，相應(yīng)建筑物均進行保溫，相關(guān)閥門采用防凍型閥門。在新疆第一個采用防凍型進排氣閥，至今運行良好。全線共設(shè)置進排氣閥77組（154個，每組2個DN200），平均700 m設(shè)置一個。進人孔結(jié)合進排氣閥布置，進排氣閥放置在閥房內(nèi)，進人孔布設(shè)在鎮(zhèn)墩內(nèi)管道頂部，進人孔直徑為700 mm，閥房結(jié)合鎮(zhèn)墩布置。

（5）針對上游河道總輸砂量大，在取水首部的壓力前池前設(shè)置圓中環(huán)沉砂池，利用圓中環(huán)沉砂池處理大量的推移質(zhì)和大顆粒懸移質(zhì)，處理后的水流入壓力前池，通過壓力前池的回轉(zhuǎn)式攔污柵處理水表層的漂浮物，最后將水引入水質(zhì)預(yù)處理廠對來水的渾濁度進行預(yù)處理，處理后的水指標(biāo)達到100～500NTU以內(nèi)才引入下游管道，這樣大大減小泥砂對管道和閥門的磨損。

（6）針對壓力分區(qū)多、輸水距離長致使輸水系統(tǒng)聯(lián)動復(fù)雜，本工程首先在每級分區(qū)首部設(shè)置一定容積的穩(wěn)壓池，穩(wěn)壓池的容積用5 min的引水量控制，給輸水系統(tǒng)聯(lián)動留出充裕時間，其次制定詳細的輸水系統(tǒng)操作流程，并研制相應(yīng)操作平臺，實現(xiàn)自動化遠程控制，少人監(jiān)管模式。

4 結(jié)語

本工程的水力過渡過程計算成果、水錘綜合防護措施、在輸水管道適當(dāng)位置設(shè)置不同類型空氣閥的方法在同類工程中具有代表性。針對工程的特點和難點所采用的設(shè)計方案兼具先進性和實用性，具有良好的推廣和應(yīng)用前景，可以為解決類似工程設(shè)計難題提供參考。