浅析长距离输水管道技术在引白水源工程中的应用

李 强 彭 鹏 付冰冰

(1.阜新市水源建设管理办公室， 辽宁 阜新 123000；2.阜新市水利勘测设计研究院， 辽宁 阜新 123000；3.阜新市凌河保护区管理局， 辽宁 阜新 123000)



浅析长距离输水管道技术在引白水源工程中的应用

李 强1彭 鹏2付冰冰3

(1.阜新市水源建设管理办公室， 辽宁 阜新 123000；2.阜新市水利勘测设计研究院， 辽宁 阜新 123000；3.阜新市凌河保护区管理局， 辽宁 阜新 123000)

长距离输水管道工程中，管线部分投资占整个工程总投资比重较大，管材、管径、工作压力和管道附件的确定应结合工程的规模、重要性、地形地质水文等情况综合考虑。本文通过对管材和管道附件在设计、施工和运行等不同时段出现的问题进行分析与解决，其中长距离输水管道中进排气阀和压力监测器的作用非常重要。

长距离输水管道； 进排气阀； 压力监测器； 预应力钢套筒混凝土管

引白水源工程从朝阳市白石水库引水至阜新市，作为城市生活生产用水，输水管线采用单管，管径为DN1400，全长80.43km，设计日供水量为15万t。

输水线路沿线地貌单元以低山丘陵为主，各地貌单元地形严格受地质控制。线路所经过地区地质构造属于新华夏构造体系，构造形迹由比较平缓的褶皱和比较强烈的冲断层及其张性扭性断裂组成，呈NE向的大柳河沟背斜，仅在16+423、17+200附近有断裂构造，其他区段基本不存在对管线稳定性有影响的断裂。地下水类型主要为松散岩类孔隙水，含水层地下水动态变化幅度较大。地貌、地质和水文条件良好。

1 管线设计布置

输水管道工程中，管道投资占总投资的比重很大，因此对管材的选择应根据工程的具体情况，做出安全、技术、经济等多方面分析比较。针对不同管材对工程的适应特性，充分发挥管道的最大优点，确保工程投资少、管道运行安全可靠、管理方便、运行成本低、施工便捷。

输水管道起点管底高程为108.00m，最高点为隧洞进口处高程193.30m，终点管底高程为132.38m。输水管线沿途穿越大凌河、台子山河、清河、汤头河及伊玛图5条河流，管道穿越高速3处、高等级路5处。输水管道工程为集大落差、长距离、复杂地质于一体的压力与重力流相结合管道工程。因此引白水源输水管道工程管材采用预应力钢筒混凝土管(PCCP) 和夹砂玻璃钢管组合方式，局部采用钢管。

1.1 预应力钢套筒混凝土管(PCCP)

1.1.1 设计布置

预应力钢套筒混凝土管(PCCP)是由钢套筒、钢丝和混凝土构成的复合管材，综合发挥了钢材的抗拉、易密封性与混凝土的抗压和耐腐蚀性，能承受很高的内压和外压。在0+000～45+325、56+873～80+430范围地形起伏较大，在2.1～3.5m以下为岩层，考虑管道运输和安全等方面，采用预应力钢筒混凝土管(PCCP)。

1.1.2 运行情况

在实际应用中发现预应力钢套筒混凝土管(PCCP)抗震、抗冲击能力强，安装方便；刚性管壁和粗糙外表面使之有很强的抵抗装缷、运输、安装过程中损坏的能力。因其重量较大，对运输要求较高，地形坡度较大而配套道路差会造成运输困难。在6+503～7+862、23+352～25+897区段因地面坡度较大，出现了运输和安装困难的现象，造成施工进度慢、投资增加。在施工时应做好接管口处钢制承插口的防腐工作，管口的防腐质量将影响PCCP管的寿命和水质指标。

由于钢套筒的作用，抗渗能力非常好；管材接口采用钢制承插口，尺寸较准确，并设双胶圈橡胶止水圈，止水效果好。在运行期中，通过对管道起点处与终点处的流量计分析比较，80.43km的输水管线漏率失率非常小，仅为0.1%，远远小于国家相关规范的规定范围。

1.2 夹砂玻璃钢管

1.2.1 设计布置

夹砂玻璃钢管以热固性树脂为基体、玻璃纤维为增强材料、硅砂为填料，采用连续缠绕工艺而制成的压力管道。具有重量轻、强度高、耐腐蚀、寿命长、耐磨性好、内壁光滑阻力小于0.009等优点。但相对混凝土管而言，其刚性较差，对基础及回填要求较高，抗外压能力差。在45+325～56+873范围地形比较平缓，土层较厚，考虑技术经济条件采用夹砂玻璃钢管。

1.2.2 运行情况

夹砂玻璃钢管因刚性较差、对基础及回填要求较高、抗外压能力差，施工要求较高，难度大。施工期局部地区出现变形较大，向管道充水时沿管道轴线方向地面出现龟裂，地面最宽处缝隙达3cm。

夹砂玻璃钢管对压力变化敏感，因进排气阀不能正常工作，运行仅5个月，出现爆管3次，其中有2次出现在冬季。分析原因为冬季采暖补水量日增加2.5万t，同时进排气阀在冬季易出现结冻现象不能正常工作。

2 管道附件

2.1 检修阀

2.1.1 设计布置

管路上安装检修阀的目的，主要是为保证在管路事故抢修时减少弃水、缩短泄水和充水时间。按照最长检修弃水量不超过管线长度4km进行设置，根据管线纵断图和平面图，一共设12处检修阀，阀门设计采用手动蝶阀，口径为DN1400。

2.1.2 运行情况

在运行检修时发现局部区段检修阀设置不合理，如：13+010～15+136区段未设置检修阀，该区段管内压力较大，为检修重点区域，如果需要检修，则需要关闭4号、5号检修阀，影响范围大，检修后向管内充水时间长，后在13+150处增加1处检修阀，解决了问题，取得了良好的效益。

2.2 排(泄)水阀

为了在管路进行事故抢修时能将管路中的水迅速排出，在管道的适当低处设置了必要的排(泄)水阀。阀门口径根据排水量和排水压力确定，采用DN400手蝶阀。排(泄)水阀设置的位置应充分结合地形，应能快速排(泄)管道内的水。

2.3 进排气阀

2.3.1 设计布置

为了满足管道在首次充水、事故检修后大量排气和正常使用时排除水中析出的少量气体，避免断流弥合水锤对长距离输水管道的危害，据管线纵断和检修阀门的布置情况，在管路所有高点处、坡度小于0.01时每隔不超过700m和坡度超过0.01时每隔不超过800m设置一个进排气阀，共设置了规格为DN200的进排气阀115个。

2.3.2 运行情况

管道运行期间，进排气阀能否正常工作，对管道的安全起决定性作用。运行5个月时，48+356处、51+357处、53+671处进排气阀不能正常工作，局部区段管道内出现气阻现象，导致爆管3次。将进排气阀更换，便能安全运行。经分析比较发现，冬季为进排气阀事故多发期，排气孔口阀片易冻死，导致不能正常工作，因此应在冬季加强巡逻保养工作，保证进排气阀安全工作。

2.4 压力监测器

2.4.1 设计布置

为了连续监测管道内压力变化情况，通过压力变化情况迅速准确地判断管道运行情况，根据管线纵断图和平面图，在适当位置设置了13个压力监测点。压力监测器以GPRS方式通过将数据无线传输至中心控制室。

2.4.2 运行情况

当管道出现事故时，可以通过分析压力监测器传送的压力变化值，迅速判断事故发生区域，在几次爆管事故中充分显示出压力监测器优越性。设计时采用太阳能电源方式给压力监测器提供电源，但太阳能电源方式存在天气适应能力差、提供电源不稳定、受外界影响较大等问题，后将其改造为蓄电池提供电源方式，解决了以上问题。

2.5 水锤消除器

2.5.1 设计布置

水锤消除器实际是具有一定泄水能力、并适合于泵站停泵水锤压变化过程的安全阀。其基本原理是在水泵断电后，管路中出现低压的短促时段内水锤消除器阀门迅速动作，呈开启状态，待倒泄水流到达，管道产生突然水压升高的瞬间迅速按照要求释放一部分管道中的压力水，以缓冲压力上升，从而达到防止水锤的目的。该工程在一级加压泵站出口处设置了两台缓阀式水锤消除器。

2.5.2 运行情况

一级加压泵站出口处的高程为102.00m，而出口处水压为96.7m，压力较大。在运行期出现过一次因电气故障导致突然停泵的情况，但因水锤消除器能正常工作，未对管道造成不良影响，仅在水锤消除器相连接的管口出现脱管现象。

3 结 语

a.一般长距离输水管道工程地形复杂，起伏较大，施工难度较大，应充分做好前期现场踏勘工作，优化管线布置，缩短管线长度，减少投资，尽量少占农田。

b.长距离输水管道工程大都跨行政区，在项目前期和实施阶段对外协调难度较高，尤其是行政审批流程长，涉及部门多，时空跨度大，应合理安排工期。

c.夹砂玻璃钢管对压力变化较敏感，安装运输要求较高。在地形起伏较大的地区，管道内压力变化较大，在重要的长距离输水管道工程中尽量避免采用此种管材。

d.在东北地区，安装进排气阀时应注意防结冻情况。长距离输水管道工程中进排气阀和压力监测器的合理设置，对管道系统的安全运行起非常巨大的作用，同时许多技术及安全措施还有待更深入地研究和提高，不断总结经验，使技术更加完善，为社会经济建设提供更好的服务。

[1] 张志平.浅析忻州市长距离有压重力输水设计有关问题[J].水利建设与管理，2016(1)：31-33.

[2] 任兆寅，孟波.浅谈水锤防护措施在长距离输水管道中的应用[J]. 水利建设与管理，2014(2)：15-16.

[3] CECS 193—2005城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程[S].北京：中国计划出版社，2006.

[4] 郑平.管道工程手册[M].吉林：吉林电子出版社，2003.

Analysis on the application of long-distance water conveyance pipeline technology in Yinbai Water Resources Project

LI Qiang1, PENG Peng2, FU Bingbing3

(1. Fuxin Water Resources Construction Management Office, Fuxin 123000, China;2.FuxinWaterConservancySurveyandDesignInstitute,Fuxin123000,China;3.FuxinLingheRiverReserveAdministration,Fuxin123000,China)

Pipeline part accounts for higher proportion in total investment of the whole project in long-distance water conveyance pipeline project. Engineering scale, importance, terrain geology and hydrology as well as other situations should be comprehensively considered for determining pipe material, pipe diameter, working pressure and pipeline accessories. It is proposed that the function of suction and exhaust valve and pressure monitor in long-distance water conveyance pipeline is very important.

long-distance water conveyance pipeline; suction and exhaust valve; pressure monitor; PCCP

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.013

TV672+.2

A

1005-4774(2016)12- 0050- 03