本文是水利工程論文，發(fā)表在《水電站設計》上，辦刊宗旨：貫徹理論和實際相結合的方針，結合工程實踐，總結交流經驗，促進技術進步，提高大中型水電站的設計、科研和建設水平，推動我國水電事業(yè)的不斷發(fā)展。主要讀者對象為從事水電工程規(guī)劃、勘測、設計、施工、管理、監(jiān)理、科研、試驗研究、水利水電環(huán)境及與水電相關學科的工程技術人員、大專院校師生。

　　隨著哈密新型工業(yè)化的快速推進和經濟社會的快速發(fā)展，水資源的需求矛盾日益突出，再生水的利用、長距離的輸水都是解決水資源供需矛盾的有效辦法。著重從輸水管道管材的選擇、管材工作壓力的確定、鋼管壁厚的確定、管道溝槽設計以及管線主要建筑物設計等方面，論述長距離重力輸水工程的設計要點，可為類似工程提供一些經驗和參考。

　　關鍵詞：長距離,重力輸水,再生水,輸水管道設計,水利工程論文

　　1工程概況

　　哈密南部工業(yè)再生水供水工程位于哈密市以南，哈密天山南坡山前沖洪積平原下部至哈密盆地中部地帶，工程起點為哈密市污水處理廠，終點為南湖礦區(qū)分水廠，管道全長43 km。建設主要任務是解決大南湖礦區(qū)水資源供需矛盾，滿足疆電東送各煤電化基地用水需求。供水工程主要解決國網(wǎng)電廠、國電電廠、魯能電廠、國投電廠和金盛鎂業(yè)等工業(yè)用水，年供水量1 065萬m3，工程規(guī)模為中型。管道起點高程為716 m，末端高程為558 m，首末端落差158 m，全線采用重力輸水方式。

　　工程區(qū)沿線地貌類型由北向南包含有沖、洪積平原下部，剝蝕準平原和剝蝕殘山等，主要為沖、洪積砂土、粉土、粉質黏土及黏土。工程區(qū)地震動峰值加速度為005 g，對應的地震烈度Ⅵ度。

　　2水源工程

　　隨著“疆電外送”“疆煤外運”戰(zhàn)略的深入實施，哈密地區(qū)作為“煤都、風庫、光谷、樞紐”和“疆電外送”“疆煤外運”的橋頭堡，具有顯著的資源優(yōu)勢和區(qū)位優(yōu)勢，哈密正處在新型工業(yè)化快速推進的關鍵階段和經濟社會加快發(fā)展的重要時期，但哈密屬于典型的大陸性干旱和半干旱地區(qū)，水資源極度短缺，現(xiàn)已成為哈密地區(qū)經濟社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。為解決水資源短缺問題，本地區(qū)水行政部門提出了利用再生水方案，建設哈密市污水處理廠和再生水供水工程。

　　哈密市污水處理廠水源主要為哈密市區(qū)生活和工業(yè)污水。現(xiàn)狀情況污水年處理量1 200萬m3，目前已經完成污水深度處理設施5萬t水質標準可以達到國家一級A，完全滿足工業(yè)用水要求。預測到2020年，哈密市污水處理廠可處理水量1 500萬m3。

　　3管材的選擇

　　在長距離輸水工程中，管材的選擇一般要根據(jù)工程的規(guī)模，管道的工作壓力，輸水距離的長短，工程的進度與重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地質等情況，進行技術、經濟、安全等方面論證綜合比較后確定。本工程選用了涂塑復合鋼管和玻璃鋼管兩種管材組合形式。

　　涂塑復合鋼管具有使用壽命長，承壓能力高，運行安全等級高，運行成本低等優(yōu)點;缺點是管道價格略高。玻璃鋼管具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，管道價格低廉節(jié)省工程造價等優(yōu)點;缺點是主要適用于中低壓供水。結合以上管材的優(yōu)缺點和本工程特點，在污水處理廠至6+000段考慮該段管道為主管道首端，位置處在穿越農業(yè)種植耕地，故選擇涂塑鋼管;6+000至14+830段穿越重工業(yè)園區(qū)，此段地形落差小，到管道首端僅為86 m，選擇玻璃鋼管;14+830至43+000段地形呈倒虹吸，地形最低處距管道首端落差195 m，并且在18+900至18+963段穿越哈密市東河壩，所以此段選擇涂塑鋼管。

　　4輸水管道設計

　　4.1沿程水頭損失計算

　　依據(jù)《室外給排水設計規(guī)范》GB 50013-2006輸配水管道、管網(wǎng)水力平差計算公式進行計算，公式如下：

　　hf=10.67[SX(]q1.852L[]C1.852hd4.87j[SX)](1)

　　式中： L為管長(m);dj為管道內徑(m);q為設計流量(m3/s);Ch為海曾-威廉系數(shù)，可查《室外給排水設計規(guī)范》條文說明。

　　局部水頭損失依據(jù)管道的鋪設情況，可取到沿程水頭損失的5%～10%。結合本工程的具體情況，局部水頭損失取到沿程水頭損失的10%。

　　4.2管材工作壓力的確定

　　依據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管(渠)道工程技術規(guī)程》CECS 193-2005壓力輸水管道的工稱壓力應根據(jù)最大使用壓力確定，其值應為最大使用壓力加02～04 MPa安全余量，輸水管道的最大使用壓力應經過水錘計算決定。水錘防護設計應保證管道最大水錘壓力不超過13～15倍最大工作壓力。故管材工稱壓力的確定為：管材工作壓力=15×設計靜水壓力+02 MPa。

　　4.3鋼管壁厚的確定

　　鋼管管壁厚度的估算按鍋爐公式計算：

　　σθ=[SX(]P0r[]t0[SX)](2)

　　式中：t0為鋼管(管襯)管壁計算厚度(mm);r為鋼管(管襯)內半徑(mm);P0為徑向均布壓力(N/mm2)。

　　[σ]為鋼材允許應力，[σ]=235 N/mm2

　　бθ=055[σ]=12925 N/mm2(3)

　　4.4輸水管道溝槽設計

　　輸水管溝橫斷面設計，管道溝槽底部的開挖寬度，按下式計算：

　　B=D1+2(b1+b2+b3)(4)

　　式中：B為管道溝槽底部的開挖寬度(mm);D1為管道結構的外緣寬度(mm);b1為管道一側的工作面寬度(mm);b2為管道一側的支撐厚度(mm)，可取150～200 mm;b3為現(xiàn)場澆筑混凝土或鋼盤混凝土管渠一側模板的厚度(mm)。

　　管溝開挖深度大于挖掘機最大挖深時，溝槽分層開挖，開挖斷面一側設置機械操作平臺。開挖邊坡根據(jù)地層巖性確定，巖石段開挖邊坡1∶03，砂礫石、碎石土及黏土開挖邊坡1∶05。輸水管溝縱斷面設計，首先滿足凍土深要求，盡量順原地形開挖管溝，在局部凸起處進行坡度調整，使管道平順。

　　5管線主要建筑物設計

　　輸水管道上配套主要建筑物形式有：調節(jié)池、閘閥井、自動進排氣閥井、管道穿越建筑物、鎮(zhèn)墩等建筑物型式。

　　5.1調節(jié)池設計

　　在污水處理廠外管道首端設置調節(jié)池，本工程年供水量為1 225萬m3，根據(jù)《室外給排水設計規(guī)范》GB 50013-2006，調節(jié)池容積按照最高日設計水量的10%～20%確定，供水天數(shù)按300 d計算，日供水量為40 833 m3/d，則調節(jié)池容積確定為8 000 m3。新建的兩座4 000 m3調節(jié)池采用并聯(lián)方式，調節(jié)池之間采用DN 720(t=6 mm)涂塑鋼管相連，連接管上設置蝶閥控制。4 000 m3的調節(jié)池為方形池，為鋼筋砼結構。

　　5.2閘閥流量計井設計

　　為控制首端引水流量和各工況企業(yè)分水口的分水流量，采用調節(jié)閘閥來控制流量的方法，同時設置電磁流量計，以方便控制閘閥開度。為確保流量計的流量傳感器在測量時，管道中充滿水，不能出現(xiàn)非滿管狀態(tài)，將管道布置為虹吸管，為保證測量的穩(wěn)定性，應在傳感器的前后設置一定長度的直管段。

　　5.3自動進排氣閥井設計

　　因輸水距離長，管道設計時，在坡度小于1‰時，宜每隔05～10 km設置自動進排氣閥。一般情況下每隔10 km左右設置自動進排氣閥。自動進排氣閥的設置位置，根據(jù)輸水管道的縱向布置確定，本工程在管道系統(tǒng)首部、駝峰處、管道朝水流方向下折超過5°的變坡處均設置自動進排氣閥，再經管道水錘防護計算對自動進排氣閥的設置位置進行了復核，保證了管道安全運行。進排氣閥的口徑宜取輸水管道直徑的1/8～1/5。本工程全線共設置45座自動進排氣閥。

　　5.3檢修閥井、放空閥井

　　根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管(渠)道工程技術規(guī)程》 CECS 193-2005，在一定長度的輸水管道中應設置檢修閥門。檢修閥門的間距根據(jù)管路復雜情況、管材強度、事故預期概率以及事故排水難易等情況確定，每 5～10 km設置一處。結合本工程特點，在管線穿越鐵路和哈密市東河壩處均設置了檢修閥，全線共設置9座檢修閥。

　　在管道低洼處設置放空閥井，同時還要考慮管道排空是否有泄水通道的問題，全線共設置9座放空閥井。

　　5.4交叉建筑物設計

　　管道沿線穿越東河壩1處，樁號為18+897至18+962，長度為65 m，河床水面線寬度為5 m。管底以下15 m深度換填砂礫石料，底寬3 m，邊坡1∶125，每30 m設一塊混凝土墊塊，墊塊尺寸600×300×150，管頂以上覆蓋砂礫石至原河床高程，輸水管道埋深大于當?shù)貎鐾辽睢?/p>

　　管道沿線共穿越土路8處，穿越公路4處。管線穿越土路采用管溝開挖后鋪設管道方式，穿土路段采取鋼套管保護的措施進行處理。供水管線穿越柏油公路，施工方法采用頂管法。