長距離壓力輸水管道設計探討

賈 超

(甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 張掖 734000)

在城市的競爭以及發展過程中，我們的生活水平得到了逐步提高。同時，水資源的短缺帶來了一些焦慮。通過長距離壓力輸水管道設計方案的落實，可以解決水資源短缺及水質污染等問題，逐步提升水資源的使用效果，滿足行業的可持續發展需求。但是，有長距離壓力輸水管道工程項目的特殊性，在實際的項目設計會受到施工環境及材料質量等因素的限制，若不能解決上述問題，會影響管道設計效果。因此，在行業運行中，設計人員需要仔細分析長距離壓力輸水管道設計狀況，結合工程項目的特點細化管道設計方案提升工程質量，以便提升行業的競爭力。

1 長距離壓力輸水管道設計的特點

根據水利工程項目的施工情況，長距離壓力輸水管道設計特點如下。第一，由于長輸管道的特殊性，在實際的設計中需要穿過較多的村莊、城鎮，而且沿線的地面起伏較大，設計人員需要根據工程項目的特點，合理選擇供水方式及供水線路，逐步提高長距離壓力輸水管道設計的效果；第二，在長距離壓力輸水管道設計中，應該分段選擇管材，設計人員在具體設計中，應該考慮輸水管網的承壓能力，增強管道的密封性，保證長距離壓力輸水管道工程的連續供水。管道設計中也應該保證供水的安全性，通過高質量管材的選擇提高管材的抗震性，而且，由于管道建設費用較大，通過長距離壓力輸水管道設計技術的合理選擇，可以節約成本，滿足行業的經濟化發展需求[1]。

2 工程概況

結合某個實際的施工項目進行分析。該長距離壓力輸水管道設計項目起點在水庫的隧洞出口處。為了滿足工程需求，需要在管道起點新建加壓泵站，在泵站加壓處理中，可以實現對工程協調的目的。工程項目的輸水流量為1m3/s，通過供水可以達到下級水庫，泵站的前池供水流量為1m3/s、給水設計流量為0.3m3/s。設計部門為了滿足工程需求，分別設計了兩組不同的水泵，揚程分別為81.6m， 86.4m。根據工程項目的特點，該長距離壓力輸水管道存在著距離長、壓力高的特點。需要注意的是，由于長距離壓力輸水管道的特殊性，設計單位要充分考慮施工環境及地質等情況，根據不同區域的特點，規范長距離壓力輸水管道設計方案。

3 長距離壓力輸水管道設計

3.1 選擇管材

在長距離壓力輸水管道設計中，設計人員要根據工程項目的特點，首先分析投資收益率，之后按照實際的施工情況，強調管材選擇的經濟性、可靠性，保證長距離壓力輸水管道工程的正常進行。第一，在鋼管選擇中，需要將材料的糙率控制在0.011～0.014的范圍，通過這種管材的選擇，可以保證焊接、承插工序的正常進行，而且，在復雜的環境下，也可以保證正常供水。但是需要注意的是，應該對管材進行防腐處理，價格相對較高[2]。第二，在預應力鋼筋混凝土管選擇中，應該將管道的單節長度控制在5～6m的范圍內，通過該種材料的使用，可以提升管道接頭的密封性，而且材料的抗滲性能較好，也可以不進行防腐處理，而且，材料的使用年限較長，一般可以達到50年。但是應該注意的是，在預應力鋼筋混凝土管使用中，管道的接頭位置容易脫落，同時也容易發生生銹的問題。第三，球墨鑄鐵管。對于該種材料，糙率一般保持在0.011的狀態，而且，單節的管道長度在6～8m的范圍。通過該種材料的使用，管道柔性接口的抗沉陷能力較強，材料的外壓較好，使用年限通常維持在30-40年之間。但是，主要運用在管徑<1.2m的條件，材料的價格相對較高[3]。

3.2 確定管徑

通過對長距離壓力輸水管道設計方案的分析，在管徑確定中，設計人員需要根據工程項目的特點，初步確定管線的布置方案，之后通過科學化管徑的選擇及確定，按照用戶的用水需求，將供水保證系數控制在1.1～1.3的范圍內，保證長距離壓力輸水管道的正常使用。一般情況下，在管道經濟流速設定中，需要根據表一規范確定流速表[4](表1)。

表1 管道的經濟流速表

3.3 確定管道水壓

在開展長距離壓力輸水管道設計時，需要對管道最大設計內水壓進行確定。為了確定不同工況下的管道最大設計壓力，并且實現科學合理的布局設置就需要合理布置排氣閥等沿線閥井。結合一般情況下長距離壓力輸水管道設計來說，所考慮的工況一般有兩種，考慮了兩種供水情況，一種是泵站前池供水，還有一種是給水庫供水。同時對這兩種工況的一些小工情況進行計算。輸水工程的水力過渡工程以及水泵的啟動，停止，閥門的開啟和事故造成的泵站停止等各個方面的因素均有一些關系。我們在長距離壓力輸水管道設計過程之中，需要采取水錘防護措施。這個措施包括了泵在設置，液控緩閉止回蝶閥、防水錘泄壓閥、輸水管沿線設置排氣閥等不同的內容。借用工程過渡進城計算分析，擬定科學合理的水泵機組啟動及停止方法。確定液控緩閉止回閥的啟閉操作方式，有效確定鋼管水壓的變化依據和范圍，增加防水錘式泄壓閥，確保機組設備和管道工程的安全運行。并能有效地沿管道布置空氣閥，科學布置引水系統，為機組參數選擇和泵站設計提供技術參數，確保為泵站工程安全運行點奠定基礎。結合管線埋設的地形高低情況，如果地形高度降低引起的壓力和水頭增加大于沿線水頭損失，則管道壓力最大值出現在最低點，針對該位置應該對水壓數值進行把控，確保長距離壓力輸水管道順利運行。

3.4 管道壁厚度確定

管道壁厚也是確保長距離壓力輸水管道順利運行的關鍵，直接影響著整個管線系統的耐久性。在確定管道壁厚的過程中，應綜合考慮技術經濟性能。嚴格按照《給水排水工程管道結構設計規范》的標準要求，在初步制定管道壁厚的基礎上，計算管道的承載力和極限狀態，并校核使用極限狀態。對于埋地鋼管，管道承載力極限狀態的計算包括管段周向穩定性的計算。針對正常使用極限狀態計算時，一般涵蓋鋼管形變計算內容，以便于確保鋼管不超過允許值。通過對管道比厚度進行確定，確保長距離壓力輸水管道設計科學合理性。

3.5 縱斷面設計

第一，管線選擇中，設計單位應該仔細分析工程特點，結合工程項目的需求，確定管線不舍原則。例如，在線路選擇中，一定要選擇直線，盡量避免管線彎曲，通過這種方案的確定，可以縮短管道長度，滿足行業的經濟化發展需求。減少高低起伏的管道設計。由于長距離壓力輸水管道項目的特殊性，減少排氣閥可以保證管道的穩定性。而且，在管道穿越鐵路、公路的情況下，設計方案要符合行業標準，只有在部門審批之后才可以開展后續工程，發揮工程項目的設計優勢，并保證施工工序的正常進行。第二，溝槽開挖。在管道開挖中，最小的寬度要滿足管道的安裝要求，設計部門應該盡量選擇挖方斷面，通過這種方法可以減少填方斷面的問題，同時避免工程沉降。第三，管道埋設深度控制中，設計單位要根據區域環境確定設計方案。例如，通過冰凍情況、外部荷載等因素的分析，規范長距離壓力輸水管道設計方案，保證管道埋設深度的合理性。應該注意的是，在管道埋設深度控制中，深度一定不能<1.5m，過程中為了保證管線的穩定性，應該規范管頂的覆蓋土厚度，保證施工工序的正常進行[5]。

4 長距離壓力輸水管道設計管理的優化策略

結合長距離壓力輸水管道設計的項目特點，為了提高工程項目的質量，設計單位需要結合以往的經驗落實管理方案，逐步提升管理的設計質量，為行業的穩步運行及經濟發展提供參考。通常情況下，在長距離壓力輸水管道設計管理策略完善中需要做到：第一，是落實全面的項目管理機制。根據長距離壓力輸水管道項目的設計特點，在工程管理中，應該設置高效、全面的項目管理機制。例如，項目設計中，需要用數據說話，通過施工影響因素、質量控制因素的綜合分析，規范工程項目設計標準，相關設計人員要充分技術資料、工程數據以及施工地點等因素，確定各個崗位人員的職能，保證長距離壓力輸水管道設計及施工工序的正常進行。第二，是完善遠程故障控制及遠程檢測方案。在長距離壓力輸水管道設計施工中，遠程故障控制是較為重要的，設計單位在工程設計中，應該增加遠程診斷服務器，將這一設備融入在計算機控制系統中，通過長距離壓力輸水管道運行情況的監測，提高長輸管道復雜問題的解決效率，實現長距離壓力輸水管道故障高效解決的目的。第三，是強化現場焊接管理。在長距離壓力輸水管道設計及施工管理中，為了保證管道工程的正常使用，設計單位要加強技術監測、技術檢測，之后設置動態化的管理機制，幫助施工單位降低風險，逐步提升工程項目的整體質量。針對焊接質量問題，一定要及時上報相關部門，結合區域情況、管道使用情況等，落實管道維護方案，提高管道故障的處理效果。應該注意的是，在焊接施工中，施工單位不能隨意更改設計方案，對于一些必須修改的問題，要與設計部門取得聯系，在審批通過后才可以進行后續施工[6]。

5 管道附屬建筑物設計

5.1 檢修閥井

布設檢修閥井能夠在管道發生故障時展開分段檢修，有效提高檢修與清淤的效率。在布設檢修閥井時要充分考慮到事故檢修排水、地形及飲水運行管理等各項因素，通常情況下會將檢修閥井布置在管道的起點、末端、分水口及穿越河道、公路、鐵路段，在業主提出特殊要求的情況下選擇管道段，若管徑較小，并且在地下水位上方時，檢修閥井可以用砌磚結構，此種結構較為簡單，并且便于施工，若管徑較大并在地下水位以下時，最好采用鋼筋混凝土結構的檢修閥井。

5.2 排水閥井

為了方便管道檢修，在事故發生后第一時間將管道中的存水排放出去，并且對管道內部陳集的雜物泥沙進行及時沖洗，考慮到檢修時間要求將排水閥井布置在管道底部凹陷位置。或者在檢修閥井之前，通常情況下排水閥井由干井與濕井兩部分構成，將排水閥放置于干凈干井中，濕井中留有排水管道出口，再由搶險車上的水泵將濕井中的水及時排出。在進行排水操作時，井中需要過水，要求排水井具備防滲性，通常會采用鋼筋混凝土的結構。

5.3 空氣閥井

設置空氣閥井能夠及時將管道中聚集的氣體排出去，避免管道中發生氣阻現象。排出管道中沖水時的氣體在放空水時及時進行補氣，正常運行狀態下排出水中帶有的微量氣泡，在管道中段高低起伏時，需要在管道沿線突出位置不設空氣閥井，在管道中段為某一個較小的坡度并且較長一段沒有高低起伏時，至少在800m左右時設置一處空氣閥井。很多工程在運行過程中出現管道爆裂的現象，都是由于空氣閥井設置不合理造成的。

5.4 流量計井

通常會在管道的起點、末端、分水口處設置流量計井，設置流量計井的目的是能夠準確掌握管道內水流情況，提高工程管理效率，并且每個流量計井中都會配置一個流量計。

6 結 語

總之，在長距離壓力輸水管道設計中，為了可以切實提高項目的資料設計部分，一定要根據工程的項目特點進行。確定規范性的工程設計方案，之后通過管道輸水方式的確定、管道最大設計內壓力以及管道厚度的確定等，發揮長距離壓力輸水管道工程的經濟效益，為行業的持續運行及正常發展提供參考。一般來說，長距離壓力輸水管道設計過程，設計單位需要把管材的選擇以及管徑確定、管線縱橫斷面的設計等，規范項目施工方案，穩步提升工程質量，滿足行業持續發展需求。