输水工程压力管道在万家寨引黄工程中的应用

张翠凤

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

山西省万家寨引黄工程是位于山西省西北部的大型引水工程，由万家寨水库、总干、北干、南干和联接段组成，向太原、大同和平朔等3个城市输水。联接段上起南干7号洞出口，下接太原市呼延水厂，线路全长139.35 km。汾河水库以上81.2 km采用天然河道输水，输水流量25.8 m3/s，汾河水库以下58.15 km为压力管道输水和隧洞输水，设计流量20.5 m3/s，每年向太原市供水6.4亿m3。

压力管道输水工程从汾河水库取水隧洞起，至7号隧洞进口，全长43 km，采用预应力钢筒混凝土管，沿线布置3座减压阀室、9座检修阀室、8个流量计井、67个排气阀井、37个检查井和40个排水阀井；管道沿线布置11个穿河段，穿过6条隧洞；线路末端与7号隧洞进口采用374 m的明流箱涵衔接。整个线路除末端箱涵外均为重力流压力管道输水，以3座减压阀室为界，分为3个压力区间。

2 管道设计过程

2.1 管线选择

管线选择需从输水方式、地形、地质及交通运输等多方面分析，经多方案选择线路走向。管线选择原则上是沿着地形布置，使线路最短，减少大的开挖和回填，尽量避开建筑物，避免地形大起伏，减少交叉，少转弯，少占耕地良田，方便施工和维护管理，从而降低工程建设成本、运行成本。但各项工程在兴建选线时都在选择有利地形，不可能完全避开。有的线路地形会出现沟槽段，穿越河滩河床，遇见障碍物；有的地质条件不好，出现湿陷性黄土地基、砂砾石底层及不均匀地基。因此，应针对特殊情况进行特殊处理，使选线更加经济合理。

万家寨引黄联接段工程管线设计采用4个方案从工程量、投资及管理方面加以比选从而确定最优方案。经比选，管线最终选择沿线穿越主河道11处，交公路4次，交古交输水管线8次。为选择有利地形，在起伏不大地段采用半开挖半回填；在与古交输水管线相交时采取深挖，从供水管线下穿过；在杜交曲至镇诚底大部分线路选择靠近梭娄公路，以利用公路，便于施工与运输，在与公路4处相交地段，选择开挖公路，然后对公路进行复建。管线穿越主河槽段，要对地基加以处理，对管道进行保护。为了控制流量，减低水压，减少水头损失，沿线修建了相应建筑物。整个管线设计合理，没有多余的开挖及回填，很好地兼顾了工程量和投资，缩短了工期，节省了投资。

2.2 管材选择

输水工程中，管道占投资比率较大，管材选择不当会造成事故或增加资金投资。管材比选主要从技术经济、方便施工、安全运行等方面综合分析。

预应力钢筋混凝土管（PCP）来源丰富，方便安装，抗震强对地基要求低；但自重大，抗内压外压弱。内径2000 mm以上的造价很高。

预应力钢筒混凝土管（PCCP）具有强度高，抗渗性强，抗内压外压强，较好的防腐性等优点，但造价较高，直径1200 mm的造价相对较低。

钢管具有制作简单，运输安装方便，强度高，韧性好等优点，但造价高，易生锈腐蚀。在阀件连接及泵站进出水池等处均可制成各种折线型的钢管。

玻璃钢管（FRPM）材质轻，抗外压弱，小管径造价低，回填要求高，但有较强的抗腐蚀性，在一些腐蚀强的地段低工压小管径情况下是必选管材。

万家寨引黄联接段输水工程输水管线，因工程规模大、管线长，投资大，抗压能力强，最终选用预应力钢筒混凝土管（PCCP），特殊地段采用钢管。

2.3 管径设计

万家寨引黄联接段输水工程从汾河水库取水至呼延水厂，输水管道采用PCCP管，设计流量20.5 m3/s，糙率0.0125，依据水力学计算和沿线地形条件，结合工程实际选出直径2600 mm、直径2800 mm和直径3000 mm的管径进行分析。分析发现，有的地段直径2600 mm的PCCP管不满足过流能力，而所有地段直径2800 mm和直径3000 mm的PCCP管均满足过流能力，但直径2800 mm的PCCP管沿程水头损失大，故最终选择直径3000 mm的PCCP管。

2.4 管道埋设

管道埋设分为普通埋设和特殊埋设。普通埋设按一般回填工艺回填，并严格按照规范进行。特殊埋设时，应特别注意管道弯管段埋设要设计一定体量的支墩或者镇墩来平衡管道的轴线拉力及摩擦力；穿河段埋设时应注意管道被洪水冲刷和浮起。不同管材冲刷深度不同，需根据实际情况详细计算采取合理措施。

根据实际情况，引黄联接段11处穿越汾河主河道，总长2.263 km，穿河段工程措施由三部分组成：进、出口斜坡段及水平段。进出口处布置有重力墩，重力墩上有排气阀井，斜坡底部布置支墩，不同地段穿河段长度不同。通过计算冲刷深度及抗浮能力，在管道底部铺设100 mm厚的砂子垫层和500 mm厚的干砌石，管顶1.0 m处铺设1.2 m厚的铅丝格栅石笼，其上铺设4~8 m厚的回填料，并延河槽向上游、下游铺设一定宽度。

3 结语

万家寨引黄联接段输水工程从2003年10月26日正式投入运行，连续运行9年来，实现了全年12个月不间断向太原市供水的设计目标，且未发生任何质量事故，工程质量经受住了考验，实现了一次通水成功、长期稳定运行的目标。