长距离供水工程重力输水技术研究

薛昱洁

（山东省调水工程运行维护中心龙口管理站,山东 龙口265700）

现代供水工程建设水平持续提升,越来越多先进的技术被使用到供水工程系统中,重力输水技术在现代各类供水工程中发挥的作用较为关键,使用率也相对比较高,能够实现对供水安全以及供水质量的保障。然而在实际的供水工程之中,施工单位必须要对建筑建设不规范以及投资成本过高的情况进行克服,成功完成供水工程建设。现在我国经济社会的发展水平还在不断提高,但是由于受到了自然环境的影响,我国的水资源分布情况并不均匀,同时利益于技术的发展,我国的大直径长距离输水系统已经得到了一定的应用,但是其中仍然有很多质量要点需要我们进行重点控制。本文依照对重力输水技术的了解,探讨其被运用到长距离类供水工程中的具体情况。

1 项目概况

对于很多长距离的输水工程来说,钢管的应用可以起到良好的效果,其不仅仅有一定的延展性,同时也可以保证结构上的整体性,在施工当中较为便捷,所以可以在较多类型的埋地施工当中得到应用, 同时钢管也是管径在10m 以上的输水管道的首选材料,但是其应用当中非常容易出现一定的问题,最为严重的就是材料的腐蚀问题,其将会直接影响工程的使用寿命,所以对于施工技术进行总结意义重大。某再生水供水工程起点为污水处理厂,终点为矿区分水厂,管道全长43km。建设主要任务是解决大南湖矿区水资源供需矛盾,满足各煤电化基地用水需求。供水工程主要解决多个电厂的工业用水, 年供水量1065 万m3, 工程规模为中型。管道起点高程为716m,末端高程为558m,首末端落差158m,全线采用重力输水方式。工程区沿线地貌类型由北向南包含有冲、洪积平原下部,剥蚀准平原和剥蚀残山等,主要为冲、洪积砂土、粉土、粉质黏土及黏土。工程区地震动峰值加速度为0.05g,对应的地震烈度Ⅵ度。

2 选择管材

对输水管道的主要构成材质进行选择时,需要依托工程的实际建设规模,分析管道所承担的具体工作压力,必须了解工程本身的建设价值、开展进度与输水距离数值,在前期的工程调查环节中,必须掌握工程地质、地貌与地形条件,全面展开安全、经济与技术等多个层面的分析以及论证工作。该工程以工程情况为准,选择运用了两种类型的管材, 分别是玻璃钢管与涂塑复合型钢管。其中的涂塑复合型钢管具有极好承压效果,可用的时间也很长,具备极高的运行安全等级,运行成本不高,但是管道本身的价格比较高。玻璃钢管的耐腐蚀性能相对比较强,相比另外一种管道,其价格更低,能够将整体工程造价缩减,但是使用范围比较小,可被运用到中低压供水条件下。在对种植耕地进行穿越时,运用涂塑钢管,对重工业园区进行穿越时,考虑到地形落差不大,因此首段约86m 处运用玻璃钢管,后续运用涂塑钢管。在自然环境当中,钢管非常容易出现腐蚀问题,不仅仅其内部会出现腐蚀,同时其外部也面临着该问题,所以无论是内防腐还是外防腐,都是输水钢管施工当中需要我们重视的问题。但是其应用年限较长,并且其检修施工难度较大,加之工程有一定的隐蔽性,所以即使出现了腐蚀问题也不容易及时发现, 这就需要我们结合实际情况来做好防腐施工。

如果一个输水钢管没有及时进行内壁防腐施工, 在应用一段时间后,就会在内壁上出锈层、壁坑,在检修过程当中,其中会涌入大量的空气,所以加快锈化过程,并且也会在一定程度上影响供水后的水质,并且随着时间的推移,锈蚀问题会越来越严重。在外部,多会应用覆盖层和涂料,但是如果其技术不过关或材料质量存在总量,则会在一定程度上影响管道的使用质量,同时现在应用的补口技术也没有得到很好的应用,同时管道防腐层也会较早地出现质量问题,所以现在看来,针对于钢管施工当中的防腐技术进行探究就显得非常重要。

3 输水管道设计

局部水头损失依据管道的铺设情况, 可取到沿程水头损失的5～10。结合本工程的具体情况,局部水头损失取到沿程水头损失的10。依据《城镇供水长距离输水管(渠) 道工程技术规程》CECS193-2005 压力输水管道的工称压力应根据最大使用压力确定,其值应为最大使用压力加0.2～0.4MPa 安全余量,输水管道的最大使用压力应经过水锤计算决定。水锤防护设计应保证管道最大水锤压力不超过1.3～1.5 倍最大工作压力。故管材工称压力的确定为:管材工作压力-1.5×设计静水压力+0.2MPa。管沟开挖深度大于挖掘机最大挖深时,沟槽分层开挖,开挖断面一侧设置机械操作平台。开挖边坡根据地层岩性确定,岩石段开挖边坡1:0.3,砂砾石、碎石土及黏土开挖边坡1:0.5。输水管沟纵断面设计,首先满足冻土深要求,尽量顺原地形开挖管沟,在局部凸起处进行坡度调整,使管道平顺。

4 应用重力输水技术设计管线的主要建筑物

4.1 交叉建筑物设计

管道沿线需要对河坝进行穿越,桩体长度是65m,河床的水面线实际宽度达到5m,管底下方深度为1.5m 的位置需实施换填施工,使用砂粒石料材料,形成混凝土垫块,将砂砾石覆盖到管顶上方,直到原本河床高程的位置,当地冻土深度不能超过输水管道的埋深。管线需穿越多处土路,同时还需穿越几处公路。需要对土路进行穿越时,应当选择开挖管沟的方式,管道铺设工作后展开,同时还应使用钢管套对管道加以保护。管线对柏油公路进行穿越时,此路段可采取顶管施工法。该管线还需对西气东输的管线进行穿越,管道交叉角度为90°,可从西气东输管线系统的下方进行通过,针对交叉部位,对管道的净空距离展开控制,使其需在1.0m 以上,管道的中心线两端一定范围之内,需通过人工化的方式完成回填与开挖工作,如果有管道需暴露在外,应当实施保护,同时保护并行的光缆,结束施工后,将警示牌与管道交叉桩号设置管道的交叉部位,在管道的陡坡、拐弯以及分岔的位置建设镇墩,其材料为混凝土材料,通过使用沥青,实现防腐保护,精准控制镇墩的结构尺寸。

4.2 对放空阀井与阀井检修

结合输水管道施工技术相关要求,结合输水管道的长度信息,需合理地对检修阀门展开设计,依照管道具体的铺设状况,完成阀门之间的距离的设置,也不能忽视可能会形成的各种事故,管道的具体强度, 出现事故之后, 进行排水工作的难以程度, 可在5 到10km 的间隔距离进行设置,本工程检修阀的数量为9 座。将放空阀井设置到管道低洼部位,在此过程中,应当考察管道被排空的情况下,是否存在泄水通道,防空阀井的设置数量也是9 座。

4.3 设计闸阀流量计井

此井主要是时对分水口的具体分水流量以及首端处的引水流量实施控制,在对流量展开控制时,主要对调节闸阀进行使用,还需增设电磁流量计,应对闸阀的实际开度加以控制,以此来保障闸阀能够被正常有效地应用,不会轻易有故障。

为确保流量计的流量传感器在测量时,管道中充满水,不能出现非满管状态,将管道布置为虹吸管,为保证测量的稳定性,应在传感器的前后设置一定长度的直管段。

4.4 设计调节池

在污水处理厂外管道首端设置调节池, 本工程年供水量为1225 万rn3,根据《室外给排水设计规范》,调节池容积按照最高日设计水量的10～20 确定, 供水天数按300d 计算, 日供水量为40833m3/d,则调节池容积确定为8000m3。新建的两座4000 调节池采用并联方式,调节池之间采用DN720(t=6mm)涂塑钢管相连,连接管上设置蝶阀控制。4000m3 的调节池为方形池,为钢筋砼结构。

4.5 控制水锤破坏性

长距离重力输水工程中, 水锤保护措施多样, 包括超压泄压阀、缓冲排气阀、箱式双向调压塔等。从超压泄压阀保护措施入手分析,由先导阀与主阀组成,当管道压力达到极限时,阀门自动开启,以泄出流量方式减压,压力稳定安全运行的管道,阀门处于关闭状态。管道水锤压力得以有效控制,但对断流水锤负压情况无法控制,且国内的超压泄压阀都存在动作滞后1-2s、拒动作等问题。

结束语

工业化发展的范围逐渐延伸,水资源方面的矛盾也更加明显,水资源显现出竞争性、基础性与稀缺性等特征。因此需要对再生水进行合理运用,同时也形成了长距离输水需求,本文依托实际供水工程项目,研究了长距离条件下,应如何在供水工程设计中,运用重力输水技术,主要分析了基本设计要点。施工单位在具体建设活动中不仅要对设计要点加以把握,同时还要运用一定的安全措施,完成运行管理工作,保障供水工程可成功进行。