关于城市大型供水环网及长距离输水管的设计

忻礼斌

摘要：随着城市现代化进程的加快及人民生活水平的提高，对供水量的需求也越来越大，供水环网的设计及选址对过重要道路或者河道的顶管、桥管，长距离顶管技术或者管道保护，管道人为造坡等长距离大型管道的技术要求也较高。如何合理地设计城市大型供水环网并且切实达到经济效益最佳、供水条件最合理、水质安全最可靠的设计效果是供水环网设计最终目标。

关键字：供水管网；大型城市；长距离输水；顶管技术

Abstract: How to rational design the large-scale urban water supply ring and effectively to achieve the best economic benefits, the most reasonable water supply conditions, water quality and safety is the most reliable design is the ultimate goal of water supply ring design.Key words: water supply pipe network; large cities; long-distance water transfer; pipe jacking technology

中图分类号：TV674 文献标识码：A 文章编号：

一 、近年宁波市供水环网建设概述

在过去的5年多的建设中，总投资14.02亿元的宁波水环境项目全部建成，该项目包括全长47.3公里、全国首创的宁波城市大口径供水环网工程、日制水50万吨的毛家坪水厂。标志着宁波城市供水十一五规划目标基本完成，多水库串联、多水厂联网、多水管联调的供水格局在宁波形成，进一步优化了宁波城市供水统一调度，保障了供水的安全和稳定。在“十一五”期间，宁波投资48亿元，建设了一批大型引水、制水和供水工程，投资9.5亿、全长106公里，日引水60万立方米的白溪引水工程，2006年7月竣工通水。东钱湖水厂，日制水50万立方米，2006年1月开工，2009年9月完工。毛家坪水厂，也是50万立方米的制水能力，2008年7月底开工，2009年9月一期就通水。城市供水环网工程，2006年12月开工，到2010年12月已经全部完工。还有江北区域优化供水工程、北仑、镇海、鄞州区域供水工程、以及一户一表改造工程等等。这些工程完成后进一步提高了城市供水水质和可靠性。

虽然在过去的时间里我市的城市供水环网已经取得了很大的成绩，城市的供水条件也得到了很大的改善，但是要更好地实现大型城市的供水分布均匀及保证供水的水质质量，提高供水系统的安全性及持久性，仍是很大的一项工程。

二、“供水高速公路”模式

“宁波的现状是水源地分散，供水区域远离水厂。水库都在南部山区，距离各家水厂都有几十公里或百余公里，水厂生产的自来水再输送到居民家里又要一段距离，如何保证途中水源不受污染，那就要建设有效保护水资源的引水和供水工程。生态供水“高速公路模式”就是针对这种状况，采用高速公路的设计理念建设完成的宁波城市供水主干工程。一条口径1.8米-2米，全长47.3公里的供水管网就像一条高速公路一样，围着宁波核心区转一圈。而这，既提高了水资源的利用率和安全保障率，又保证了供水质量。

目前，受各种条件限制，国内许多大中城市，还是分区域供水模式，一座水厂主要供某市的南部，相应的水厂也建设在城市南部，更需要规划建设大口径输水管道来进行“南水北调”，保障中心城区及近郊的供水安全，这是一种科学的、创新的城乡一个区域。这种供水模式有一定的局限性，特别是遇到水厂或主要管网故障时会大面积影响正常供水。而我市供水环网以类似于“供水高速公路”的模式运行，将各水厂生产的自来水汇入大环网统一调配，某个水厂或某段管网发生故障时，可以通过环网调度来解决受影响区域的供水问题。而且可灵活应对因城市发展重心变化导致的用水需求变化，从而避免由于供水重点发生变化而对现有管网系统进行大范围改造的问题，使管网的适应范围更广，为未来城市供水提供了更好的发展空间。

三、长距离顶管技术

随着城市建设的快速发展，顶管施工在市政工程中的应用越来越多施工顶管最有优势的地方就是：占用施工场地小、施工速度快、对周围交通及居民影响小，特别适用于交通流量大的城区即有道路下以及穿越江堤、铁路、建筑物、交通干线等地的施工。在长距离顶管中控制的主要技术关键是：

1、方向控制：要有一套准确控制管道顶进方向的导向机构。管道能否按设计轴线顶进，是长距离顶管成败的关键因素之一。顶进方向失去控制会导致管道弯曲，顶力急剧增加，工程无法正常进行。高精度的方向控制也是保证中继环正常工作的必要条件。

2、顶力问题：顶管的顶推力是随着顶进长度的增加而增大的，但因受到顶推动力和管道强度的限制，顶推力不能无限增大，所以采用管位推进式，管道顶进距离必受限制，一般采用中继环接力技术加以解决。另外顶力的偏心度控制也相当关键，能否保证顶进中顶推合力的方向与管道轴线方向一致是控制管道方向的关键所在。

3、工具管开挖面的正面稳定问题：在开挖和顶进过程中，尽量使正面土体保持和接近原始应力状态是防坍塌、防涌水和确保正面土体稳定的关键。正面土体失稳会导致管道受力情况急剧变化，顶进方向失去控制，正面大量迅速涌水会带来不可估量的损失。

4、承压壁的后靠结构及土体的稳定问题：顶管工作井一般采用沉井结构或钢板桩支护结构，除需验算结构的强度和刚度外，还要确保后靠土体的稳定性，可以注浆、增加后靠土体地面超载等方式限制后靠土体的滑动。后靠土体产生滑动，不仅引起地面较大的位移严重影响周围环境，还会影响顶管的正常施工，导致顶管顶进失去方向控制。

四、长距离输水管道的防护与选择T: P; s- g! P  M& D'' x

1、水锤的防护

- V9 Y) p3 P" q# G水锤是压力管道系统防护的重要内容，在长距离输水管道中，流速变化是经常出现的，管道中流速变化时，致使管道中水的压力的升高或降低，在压力低于水的汽化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，管道中的水升压，形成水锤。水锤有启动水锤、关闭水锤、停泵水锤。一般启动水锤不大，只是真空情况下，管中空气不能排出而被压缩时才会加剧水位压力的变化；关闭水锤在正常操作时不会引起过大的水锤压力；但由于突然停电或事故停泵所产生的水锤往往较大，水锤压力值可达到工作压力的1.5~3倍。一般采取技术工程措施加以防护，在水泵出口处设置水锤消除器、缓闭止回阀、安全阀、超压泄压阀等形式以防止水锤危害。% f( T'' P5 t1 ?  x) T+ a4 w2 、排气阀的设置+ K'' v# j+ y7 k6 ?0 m4 ?  N管道初次输水时，管道内存有空气，管道运行时，实际上是水汽两相流。因此在长距离输水管道设计时，必须重视排气阀的设置，其数量应根据沿线地形、地质情况，合理确定管道的纵向布置，一般人为的每隔一定距离布置成一个高点，在驼峰处布设排气阀，防止管道的气蚀和振动，以影响管道输水及安全。6 `0 y- m4 F6 D) n 3 、连通管的设置3 |+ A* F6 S) ?. x  t* A长距离输水管道按有关规范规定，一般采用双管线布置，以满足检修需要，检修时供水量应不少于设计供水量的70%，为达到此目的，应在二根主管之间设置连通管，在每根连通管处的主管上下侧设置2个闸阀，共4个闸阀，以达到分段检修目的。连通管的数量可根据输水管线的长度，在分段检修情况下满足设计供水量的70%，经计算确定，一般设置3处连通管。, {( a# n, F8 V9 ^'' Z% R总之在长距离输水管道设计中，管道投资占输水工程的绝大比重，管材、管径及工作压力的选择必须根据工程规模、重要性、地形地质等进行经济比较综合分析确定，许多技术及安全措施还有待更深入的研究与提高。

4、管道的选择原则主要有：

（1）应根据建设项目的重要程度、输水距离、敷设根数、管道规格、压力大小、外部荷载、地质地形、地震烈度、管材性能以及及有无调节设施等综合分析后确定。

（2）在满足安全耐久、经济合理、环保卫生、节约电能、接口可靠、施工方便、维护容易的前提下,力争体现“以塑代钢、节约钢材”的精神,尽量不要与国家的产业政策相抵触。

（3）兼顾市场供应、建设工期、运输距离、施工季节等因素。

五、总结

通过系统的理论分析和核算，合理、经济的进行优化设计，以达到城市供水管网最优化设计的目的，为城市供水发挥最大的经济、社会效益。

参考文献：

【1】：《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》中国计划出版社2010-08-07；

【2】：浙江省城乡规划设计研究院．宁波市中心城给水专项规划[Z]．2005．2 赵胜跃，赵新华 张丽等

【3】：宁波举行城市供水环网全面贯通暨毛家坪水厂二期建成通水新闻发布会，宁波市自来水总公司2012 12 16