某长距离管道输水工程连通管设计

GONGCHENGSHE J I㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第３期４３５㊀收稿日期:２０２０Ｇ０３Ｇ１６;修改日期:２０２０Ｇ０４Ｇ２３作者简介:黄志刚(１９８６－),男,河南潢川人,硕士,工程师．长距离双管输水系统连通管设计思路探讨黄志刚,㊀王㊀涛(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司,安徽合肥㊀２３００８８)摘㊀要:结合巢湖市长江供水工程可研阶段双管输水方案设计,介绍了复杂用水需求工况下水泵选型与连通管设计思路.根据用水需求的不同,管道流速按最小流速０．７m /s 控制,通过开关连通管阀门,灵活采用单管或双管运行,以减小各工况之间水泵扬程差,为方便水泵选型㊁保证各工况下水泵经济运行提供技术支撑.关键词:长距离输水系统;水泵选型;连通管中图分类号:T V ６７２＋．２㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０２０)０３Ｇ０４３５Ｇ０３１㊀工程概况拟建巢湖市长江供水工程为中型Ⅲ等工程,由长江干流和县段取水,采用长距离管道两级加压输送原水至含山县和巢湖市.规划水平年２０３５年设计引水流量５．８８９m ３/s (１．０６ˑ４８万t /d ),年引水量１．２亿m ３,管线全长约８０．８k m ,主要建筑物有取水泵站㊁加压泵站㊁输水管线及管道附属建筑物等.工程沿线共设置有两个分水口:第一个分水口位于含山县二水厂附近,分水流量１．２２７m ３/s (１．０６ˑ１０万t /d );第二个分水口位于巢湖市二水厂附近,分水流量０．９８１m ３/s (１．０６ˑ８万t/d).工程可行性研究阶段双管输水方案中,取水泵站~含山分水口段选用D N １８００预应力钢筒混凝土管,含山分水口~加压泵站~巢湖二水厂~巢湖市三水厂段选用D N １６００预应力钢筒混凝土管,管道糙率n 取０．０１２５,管顶最小覆土厚度１．５m .规划工程供水工况见表１.表１㊀规划工程供水工况表范围供水工况供水规模/(万t /d)含山巢湖设计流量/(m ３/s)管道直径/m取水泵站㊁加压泵站段１１５２１３１．８４２２０２１８２．４５４３２７７２０３．６８１４３８１０２８４．６６２５４８１０３８５．８８９６０．７ˑ４８７２６．６４．１２２D N １８００D N １６００加压泵站－巢湖三水厂段１１３－１３１．５９５２１８－１８２．２０８３２０－２０２．４５４４２８－２８３．４３５５３８－３８４．６６２６０．７ˑ３８－２６．６３．０７９D N １６００２㊀水泵选型与连通管设计由表１可知,本工程各工况下用水需求存在巨大差异,取水泵站－加压泵站段流量最大差值３．２倍,加压泵站－巢湖三水厂段流量最大差值２．９倍,其中工况５为设计工况,工况１~４为近期用水需求工况,工况６为事故工况(事故水量按设计水量的７０％考虑).以加压泵站为界,前后两段管线布置类同,以取水泵站－加压泵站段为例介绍连通管设计的思路.在不考虑设置连通管时,取水泵站－加压泵站段双管运行各工况扬程计算值见表２,其中事故工况６按不考虑设置连通管一条管道事故计算扬程.５３４GONGCHENGSHE J I４３６㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第３期表２㊀取水泵站－加压泵站段双管运行各工况扬程表范围供水工况流量/(m ３/s)运行方式最小扬程/m最大扬程/m流速/(m /s)取水泵站－加压泵站段１１．８４双管２４．１３３．００．３６~０．４６２２．４５４双管２５．８３４．７０．４８~０．６１３３．６８１双管２９．０３７．９０．７２~０．９１４４．６６２双管３６．０４４．９０．９２~１．１６５５．８８９双管４４．３５３．３１．１６~１．４６６４．１２２双管６７．７７６．６１．６２~２．０５㊀㊀从表２中可知,取水泵站－加压泵站段最小扬程２４．１m ,最大扬程７６．６m .一般通过变速调节(额定转速的０．７~１．２倍)等常规调节措施,水泵扬程可在额定扬程上下调节５０％左右即要求最大扬程与最小扬程３倍差值以内,若各工况都按双管运行,３．１８倍扬程差造成水泵选型极其困难,且极不经济,小流量工况下,因流速低㊁容易造成管道淤积.对此,通过输水系统设置连通管,灵活切换单双管运行方式,在满足不同用水需求工况下,减小系统扬程差,为水泵选型提供有利条件.２．１㊀连通管间距计算原理设两条输水管管径分别为D N １㊁D N ２,总设计流量为Q (m ３/s ),D N １及D N ２的比阻系数分别为A １㊁A ２,得方程组:A １Q ２１＝A ２Q ２２Q ２＝Q －Q １㊀㊀联立求解方程组可得:Q １＝A ２QA １＋A ２k ＝A ２A １＋A ２则:Q １＝k QQ ２＝Q －Q １＝(１－k )Q㊀㊀当输水干管设计流量为Q (m ３/s ),事故水量为αQ (m ３/s ),输水干管总长度为L (m ),连通管间距S (m ).假定泵房出水压力为一定值,当D N ２某段发生事故时,其管道的水头损失维持不变,输水干管D N １的沿程水头损失:A １(αk Q )２(L －S )＋A １(A Q ０)２S ＝A １(k Q )２L S ＝L k ２(１－α２)α２(１－k ２)式中:α为事故水量和设计水量的比值.根据«室外给水设计标准»(G B５００１３－２０１８)的规定,α取７０％.当D N １＝D N ２时,S ＝S １L １４７ʈL /３.上述联通管间距计算中,假定取水泵房出水压力为定值,实际情况是,当水泵的流量降低到７０％时,水泵的扬程将会增大,即可利用的水头会增大,理论上连通管的间距可以适当加大.工程实际应用中一般偏安全考虑,简化计算,不考虑水泵流量降低扬程升高的有利因素.２．２㊀连通管设计巢湖市长江供水工程各段双管均同管径,根据前述连通管间距计算方法,取水泵站－加压泵站段㊁加压泵站段－巢湖三水厂段各设置２处连通管,可行性研究阶段将各段平均分为３段.连通管管径确定的原则:在不影响管道正常输水的前提下,当两条输水干管的管径相同时,连通管和连通管阀门宜选择比输水干管小一号的管径;当两条输水干管的管径不相同时,连通管及连通管阀门应采用较小输水的管径,以减少阀门的投资.因此巢湖供水工程双管输水方案中,取水泵站－加压泵站段连通管管径选用D N１６００(图１),加压泵站－巢湖三水厂段连通管管径选用D N１４００.按流速不下于０．７m /s 原则控制管道运行方式,计算取水泵站－加压泵站段各工况下水泵扬程;其中事故工况分别按一处管段事故㊁两处管段事故以及三处管道事故计算扬程,计算结果见表３.图１㊀取水泵站－加压泵站段连通管布置简图表３㊀设置２处连通管各工况扬程表范围供水工况流量/(m ３/s)运行方式最小扬程/m最大扬程/m流速/(m /s)取水泵站－加压泵站段１１．８４单管３０．７３９．６０．７２~０．９２２２．４５４单管３７．５４６．４０．９６~１．２２３３．６８１双管２９．０３７．９０．７２~０．９２４４．６６２双管３６．０４４．９０．９２~１．１６５５．８８９双管４４．３５３．３１．１６~１．４６６－１４．１２２１＃段事故４７．６５６．５０．８１~１．６２６－２２＃段事故５０．５５９．４０．８１~１．６２６－３３＃段事故４１．５５０．４０．８１~２．０５６－４１＃㊁２＃段事故６４．６７３．６０．８１~１．６２６－５１＃㊁３＃段事故５５．７６４．６０．８１~２．０５６－６２＃㊁３＃段事故５８．６６７．５０．８１~２．０５６－７１＃㊁２＃㊁３＃段事故６７．７７６．６１．６２~２．０５６３４GONGCHENGSHE J I㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第３期４３７㊀㊀㊀从表３中可知,通过开关连通阀门,出现小流量工况１㊁２时,单管运行,输水系统最大扬程和最小扬程差值由３．１８倍减小到２．５０倍,在发生１处管段事故时,最大扬程较设计供水工况提高１１．４％,发生２处管段事故时,最大扬程较设计供水工况提高３８．１％,发生３处管段事故时,最大扬程较设计供水工况提高４３．７％,设计中可通过变速等调节措施解决水泵选型问题.前期方案设计中,连通管按管线长度分三段平均设置,后期深化设计时,可在扬程控制段适当增加连通管进一步降低扬程差,为水泵选型创造更加有利条件.３㊀结束语巢湖市长江供水工程近期与远期用水需求差异巨大,且沿线设有多个分水口,为方便水泵选型,保证各工况下水泵经济运行提供技术支撑,设计利用设置的连通管,按照用水需求㊁灵活采用单管或双管运行,控制允许最小流速０．７m /s,且发生极端事故工况,利用设置的连通管,系统仍能满足事故用水需求,满足管道输水工程的供水保证率要求.本工程水泵选型及连通管设计思路可为同类工程提供参考.参考文献[１]㊀刘子慧．长距离输水工程[M ]．武汉:长江出版社,２０１０．[２]㊀李炜,徐孝平．水力学[M ]．武汉:武汉水利电力大学出版社,２０００．[３]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部．室外给水设计标准:G B ５００１３－２０１８[S ]．北京:中国计划出版社,２０１８．[４]㊀储训,陈履．大型泵站建设和更新改造对策[M ]．南京:河海大学出版社,２０００．[５]㊀储训．大型水泵变速调节运行方案[J ]．水泵技术,２００１(１):２９－３２．[６]㊀安徽省水利水电勘测设计院．巢湖市长江供水工程可行性研究报告[R ]．合肥,２０１８．(上接第４３４页)６．２㊀地基应力验算p ＝NA(３)式中:N 为作用于基础底面的轴向合力,k N ;A 为基础底面面积,m２,见表２.表２㊀基础底面面积项目基础底面面积/m２０＃１＃－１１＃－２２＃－１２＃－２３＃４＃面积２３．１１５１５１５１５１８．０－㊀㊀根据式(３),各墩台的基底应力结果见表３.表３㊀基底应力项目地基应力/k P a ０＃１＃－１１＃－２２＃－１２＃－２３＃４＃应力４６．８１１９．３１３．０５．９１１４．９８３．４－７㊀计算结论通过对钢桥桥墩㊁基础等验算,得到以下计算结论:(１)在便桥使用过程中,应经常性地检查贝雷梁使用状态,确保安全通行;(２)钢管墩强度和稳定性均能满足要求.８㊀结束语本文通过以卵石层作为钢便桥持力层基础,验算了地基承载力及地应力,分析了基础设计与构造.同时,以钢管桩作为下部构造,详细分析了单桩稳定性㊁流水压力强度㊁漂浮物撞击强度㊁抗风强度及组合效应,为类似工程施工提供借鉴.参考文献[１]㊀叶见曙．结构设计原理[M ]．北京:人民交通出版社,２０１４．[２]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部．钢结构设计标准:G B５００１７－２０１７[S ]．北京:中国建筑工业出版社,２０１８．[３]㊀满洪高,李君君,赵方刚．桥梁施工临时结构工程技术[M ]．北京:人民交通出版社,２０１３．７３４。

建材发展导向2018年第03期126长距离输水管道被广泛用于用水系统改造中。

为减少输水线路中的水力损耗，避免原水的二次污染，大口径输水管道或暗渠输水是引水工程中采用的主要措施。

目前大型现浇混凝土暗渠施工难度较大，渠道的沉降缝处理也较困难，因地基不均匀沉降引起的止水带漏水，在工程建成后维修麻烦，而且渠道的施工周期较长，投资高，因此，可优先考虑采用管道输水。

1　长距离输水管道常遇到的问题一是输水距离过长，尤其输送的原水常常造成管内堵塞现象；二是长距离输水一般考虑双管敷设，但有些未考虑联通管，导致单管发生事故，则整条管路无法使用；三是未进行水锤影响分析，导致管道经常爆管；四是管道防腐未做好，经常容易腐蚀；五是管道排气设置不合理，导致产生气阻；六是减压措施不合理导致爆管。

2　管径确定长距离输水管道由于管道较长，管径对管道工程投资的影响很大，因此，选择合理的管径，是长距离输水管道工程设计中一项十分重要的工作。

管径增大的优点是管路阻力减小，可降低电耗量与年运行费用，而管径减小，虽然管道的一次性投资降低，但管路阻力增大，年耗电量和年运行费用增加。

现以实例设计如下：该地拟建新水厂分三期建设，一期规模10万m 3/d，二期规模20万m 3/d，三期规模30万m 3/d。

根据供水规模测算，可供选择的管径有DN1400、DN1600和DN1800，分别计算管道流速和水头损失如下。

（考虑管线输送距离较长，自用水系数+漏失率之和取为1.15）。

考虑到工程一次建设可以兼顾水厂一、二、三期的运行要求，DN1400管道在水厂达到三期规模时，管道总水头损失过大，取水泵扬程过高，DN1800管道在水厂一期水量较低时，管道内水流流速过低，容易沉积泥沙，因此采用DN1600的管径是较为合理的。

3　输水管材3.1　管材的要求根据工程任务，输水管道材质需满足如下要求：（1）较高的密封性能，本工程输水管采用压力输水，因此输水管道需要良好的密封性能。

供水工程长距离输水管道设计要点探析摘要：随着我国城市化进程的加快，城市单一供水水源的水质水量问题日益突出。

科学、合理的进行水资源分配，打破区域供水限制，可以有效解决上述问题。

目前，许多城市已经建成或正在建设一定规模的长距离输水工程，以更合理地配置有限的水资源，保障居民生活生产用水安全。

长距离输水管道的优化设计对供水工程的安全性、可靠性和经济性具有重要意义。

本文主要分析了长距离输水管道设计要点展开探讨，仅供参考。

关键词：长距离输水；管道设计；要点引言：随着经济的快速发展，我国的自然环境越来越差。

在水资源短缺、地域分布不均的今天，如何提高水资源利用率，保障居民日常用水，成为摆在水利工作者面前的难题。

随着水资源需求的不断增加和居民用水需求的不断提高，远距离供水工程的应用越来越广泛。

为了尽可能提高供水效率，必须从各个方面入手，严格控制工程中的每个环节。

1长距离输水管道工程特点1.1便捷的管道管理长距离输水管道工程主要通过输水管道提供水资源。

由于管道长期埋于地下，水资源密封性好，在输水过程中几乎不存在渗漏和蒸发现象，使水资源得到了很好的保护和有效利用。

同时，如果将管道埋在地下，可以避免偷水现象，降低现场检查的强度，有利于施工单位的管理。

1.2节约土地资源输水管道虽然将永久性占用安全监测房、气阀井等建设用地，但只占用少量土地，大部分为临时构筑物和施工设施。

因此，管道建设占用的土地资源很少。

在一定程度上，有效节约了土地资源，增加了城市建设的可用空间，有利于城市开发建设。

1.3长距离供水管道设计优化输水管道能否顺利进行输水，取决于管道设计是否合理，管道材料是否合适。

对于长距离供水工程，管道设计的最终方案直接关系到整个工程的资金投入。

因此，做好管道设计优化对整个工程具有十分重要的意义。

因此，如何在控制投入的基础上，尽可能地提高管道的铺设质量，成为工程设计人员面临的一个难题。

水利工程设计人员应结合不同材料的经济技术因素、地形数据，合理规划整个过程。

供水工程长距离输水管道设计要点浅述摘要：水作为城市社会运作的最主要资源.而给排水工程薛需要将其供应到域市的各个主要供水地点.而各个供水地点之间和给排水工程间的距离也是不同的.如果距离过大.则必须采用远距离输浆管道设计来满足供给水需求而远距离的输浆管道由于规格很大，所面益的许多问何题，在短途管网当中都能够被避免，使得远长距膏离输浆管道的设计往往和短途管网设计中有所不同.因此本篇将根据实际情况，对远长距离稔水管网设计的重点问题加以分析。

关键词：供水工程；长距离输水管道；设计要点分析引言：远距离输浆管网规格很大.相应涵盖面较为普遍.代表其所面对的情况较为复杂.很多情况条件都会对其水资源供应有效性产生影响.所以为保证供应有效性.理论上远距离输浆管网工程设计要规避相应影响.但为了在具体匸设中实现这一理论要求，还需要事先做出正确的方案设计c由此表明远距离输浆管道工程方案设计的必要性.有关部门必须为此保持关注1、案例简介和设计特点1.1案例帆述某地距离的输水管道工程主要包括两个部分.即拿水匸工程、输水管线匸工程.其拿水的施工规格均为5万m3/d，位处当地的二个水库周围：该工程项目为在二座水电站中单独建立的地下水泵站，排水泵站工程土建规模均按五万m3/d施工、机械设备均按二点五万m3/d配置；输水管道线路工程为远期的一次性工程：DN1200L=34.5km/根（1根）.1.2实例工程为长距离的输浆管线工程设计要求根据实际的施工情况进行分析，我们需要对生活用水的源头安全、降低施工成本、施工埋模面积合理、并且在确保质量中同时需要考虑施工效率、工程管理复杂度、生活能耗等因素，并适当引入新科技，以改善工程建设质量.并达到自行取水、供电模式。

2、实例的工程设计难点2.1环境因素本次工程所接触的自然环境条件相对比较复杂，一般可以包括都市环境、以及郊外自然环境在城市环境当中，若依照短距离管线设计方式，就可以造成长距离管线的局部裸露于外.很容易引起人为损伤，导致工程质址下降，若选择了全段地埋模式，则难免会受到另外管线的影响.两者间往往存有着矛盾.从而也为设计工作带来了困推；在野生环境中，全段地埋管理模式有着优越适应性，但由于野生存有许多野生植被、哺乳动物.此时的水管可能会被植物根部所环绕或是被哺乳动物哨咬，而造成水管的缺损问题。

长距离输水管设计要点探讨摘要：在社会经济迅猛发展的局势中，国内生态环境恶化程度日益严重化，居民居住范畴中可饮用水资源处于不断减缩的状态，但是在城市化脚步不断提速的情景中，水资源需求量不断增加，并且对水质也提出了高标准，这也是水厂发展进程中积极应用长距离输水管道的原因。

做好输水管道路径与管材选择工作是基础。

关键词：长距离；输水管；设计要点一、长距离输水管道的设计1、长距离输水管道工程的方案设计(1)长距离输水管道途经的地质地理环境比较复杂，有山川河流、公路丘陵等，也可能遇到沼泽、湿地等特殊的地质情况，所以在长距离输水管道工程方案的设计中，要坚持科学、安全、合理、性价比高的原则，结合地质地貌的实际情况做好输水方案的设计工作。

(2)在加压输水时，要结合输水管线的长度、自然地势高差情况以及地形因素的影响，做好工程施工方案的前期设计工作。

如果输水管道起、终点高差较大的情况下，可不仅仅采用单级输水的方式，这种方式会带来水泵扬程、功率过高，输水管道承压等级增大，从而提高工程建设投资，同时也会增加输水管道沿线管件压力等级，增大管线建设及维护成本。

在这种情况下，建议考虑多级加压输水方式，为长距离输水管道进行分阶段增压，这样不仅可降低水泵扬程及功率，同时可降低管道承压等级，节省投资。

2、长距离输水管道工程的线路设计(1)选择输水管道的输送线路，要尽量选择线路长度短，途中地质地理条件较好的路线。

避免因为沿途的地势起伏过大，需要增加土石工程建设工作量，增加投资成本。

要尽量选择避免穿越农田、林地等具有经济价值的地块，尽量避免征拆迁，以减少管线建设的土地赔偿费用。

(2))设计输水管道线路时，要避免穿越地质恶劣条件地区，比如经常发生山体缓坡、岩石塌方的路段，还要避免穿越河流、山川、沼泽地区，避免在铁路道路基础旁边、大型河流的泄洪地区进行管线建设。

若需穿越铁路、公路，则需特殊处理，如采用顶管施工等方案，并按铁路、公路管理单位要求设置相应的阀门等设施，以达到快速关闭输水管道的要求。

长距离输水管线设计摘要：介绍长距离输水管线的设计原则、设计特点及设计人员在设计过程中应注意的问题。

关键词：长距离；输水管线；设计Design for Long Distance Water PipelineZHANGJingHANYi-chen(CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co. Ltd. Jilin Design Institute, Jilin132002，China)Abstract: Design principles and characteristics of long distance water pipeline were introduced. Points for attention of designer in designing were expounded.Key words: long distance；water pipeline；design目前越来越多的新建大型工艺装置，按城市统一规划要求远离城镇居民聚居地，从而导致其距水源地较远，需要长距离输水，来保证装置的安全用水。

以下是对长距离输水管线设计的一些体会。

1．长距离管道输水工程的特点输水距离长，沿途地形条件比较复杂，压力流输水管线有升有降，起伏不平。

根据管线布置要求和运行要求，管路需要安装许多附件，如排气阀、泄水阀、连通阀等。

2．长距离输水管道设计2.1长距离输水管线路径选择（1）管线路径应尽量做到线路短，起伏小，土石方少，造价经济，少占农田。

（2）走向和位置应符合城市和工业企业的规划要求，并尽可能沿现有道路和规划道路敷设，便于施工和维护。

（3）应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区，并应避开滑坡、塌方以及易发生泥石流和高侵蚀性土壤地区。

（4）管线路径的选择还应考虑近远期结合和分期实施的可能。

2.2长距离输水管道管材的选择合理选择管材对长距离输水工程十分重要，不仅是保证输水管道安全运行的关键，而且还决定工程造价的高低。

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输水管道在新材料、新技术应用方面有了较大进步。

管道投资占整个输水工程的绝大比重，因此管材的选择应从工程的规模、重要性、管径、工作压力、地形地质、工期、资金等方面综合分析确定，以达到性价比最优。

常用的输水管道有钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢管、聚乙烯塑料管（PVC-U）、超高分子量聚乙烯管等，就上述管材选择说明比较如下1.1钢管钢管应用历史较长，范围广，是一种传统的输水管材。

钢管一般选用螺旋焊接与直缝焊接管，具有强度高、可靠性高、适应性强等优点，但耐腐蚀性差，使用寿命一般不超过25年。

为延长钢管寿命，需对其进行防腐处理和保护，其方法可采用涂料加牺牲阳极的复合防腐措施。

钢管内、外防腐采用国家卫生部许可的GZ-2新型高分子防腐涂料，内壁防腐级别为普通级，采用二底二面，漆膜干膜厚80~100μm；外壁防腐级别为重加强级，采用二布四油，漆膜干膜厚280~300μm；牺牲阳极保护块间隔一定距离通过电缆与钢管连接，加强钢管的抗腐蚀能力。

通过涂料加牺牲阳极的复合防腐措施，可使钢管寿命达50年，但施工复杂，工期长，造价较高。

1.2球墨铸铁管球墨铸铁管是上世纪九十年代广泛应用的输水管材，具有强度高、韧性好、延伸率大、耐腐蚀等特点，内壁衬水泥磨光防腐，外壁采用喷锌后涂沥青防腐，采用柔性T型接口，适应变形能力强，止水效果好，是一种较理想的输水管材。