长距离压力输水管道设计探讨

贾 超

(甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000)

在城市的竞争以及发展过程中，我们的生活水平得到了逐步提高。同时，水资源的短缺带来了一些焦虑。通过长距离压力输水管道设计方案的落实，可以解决水资源短缺及水质污染等问题，逐步提升水资源的使用效果，满足行业的可持续发展需求。但是，有长距离压力输水管道工程项目的特殊性，在实际的项目设计会受到施工环境及材料质量等因素的限制，若不能解决上述问题，会影响管道设计效果。因此，在行业运行中，设计人员需要仔细分析长距离压力输水管道设计状况，结合工程项目的特点细化管道设计方案提升工程质量，以便提升行业的竞争力。

1 长距离压力输水管道设计的特点

根据水利工程项目的施工情况，长距离压力输水管道设计特点如下。第一，由于长输管道的特殊性，在实际的设计中需要穿过较多的村庄、城镇，而且沿线的地面起伏较大，设计人员需要根据工程项目的特点，合理选择供水方式及供水线路，逐步提高长距离压力输水管道设计的效果；第二，在长距离压力输水管道设计中，应该分段选择管材，设计人员在具体设计中，应该考虑输水管网的承压能力，增强管道的密封性，保证长距离压力输水管道工程的连续供水。管道设计中也应该保证供水的安全性，通过高质量管材的选择提高管材的抗震性，而且，由于管道建设费用较大，通过长距离压力输水管道设计技术的合理选择，可以节约成本，满足行业的经济化发展需求[1]。

2 工程概况

结合某个实际的施工项目进行分析。该长距离压力输水管道设计项目起点在水库的隧洞出口处。为了满足工程需求，需要在管道起点新建加压泵站，在泵站加压处理中，可以实现对工程协调的目的。工程项目的输水流量为1m3/s，通过供水可以达到下级水库，泵站的前池供水流量为1m3/s、给水设计流量为0.3m3/s。设计部门为了满足工程需求，分别设计了两组不同的水泵，扬程分别为81.6m， 86.4m。根据工程项目的特点，该长距离压力输水管道存在着距离长、压力高的特点。需要注意的是，由于长距离压力输水管道的特殊性，设计单位要充分考虑施工环境及地质等情况，根据不同区域的特点，规范长距离压力输水管道设计方案。

3 长距离压力输水管道设计

3.1 选择管材

在长距离压力输水管道设计中，设计人员要根据工程项目的特点，首先分析投资收益率，之后按照实际的施工情况，强调管材选择的经济性、可靠性，保证长距离压力输水管道工程的正常进行。第一，在钢管选择中，需要将材料的糙率控制在0.011～0.014的范围，通过这种管材的选择，可以保证焊接、承插工序的正常进行，而且，在复杂的环境下，也可以保证正常供水。但是需要注意的是，应该对管材进行防腐处理，价格相对较高[2]。第二，在预应力钢筋混凝土管选择中，应该将管道的单节长度控制在5～6m的范围内，通过该种材料的使用，可以提升管道接头的密封性，而且材料的抗渗性能较好，也可以不进行防腐处理，而且，材料的使用年限较长，一般可以达到50年。但是应该注意的是，在预应力钢筋混凝土管使用中，管道的接头位置容易脱落，同时也容易发生生锈的问题。第三，球墨铸铁管。对于该种材料，糙率一般保持在0.011的状态，而且，单节的管道长度在6～8m的范围。通过该种材料的使用，管道柔性接口的抗沉陷能力较强，材料的外压较好，使用年限通常维持在30-40年之间。但是，主要运用在管径<1.2m的条件，材料的价格相对较高[3]。

3.2 确定管径

通过对长距离压力输水管道设计方案的分析，在管径确定中，设计人员需要根据工程项目的特点，初步确定管线的布置方案，之后通过科学化管径的选择及确定，按照用户的用水需求，将供水保证系数控制在1.1～1.3的范围内，保证长距离压力输水管道的正常使用。一般情况下，在管道经济流速设定中，需要根据表一规范确定流速表[4](表1)。

表1 管道的经济流速表

3.3 确定管道水压

在开展长距离压力输水管道设计时，需要对管道最大设计内水压进行确定。为了确定不同工况下的管道最大设计压力，并且实现科学合理的布局设置就需要合理布置排气阀等沿线阀井。结合一般情况下长距离压力输水管道设计来说，所考虑的工况一般有两种，考虑了两种供水情况，一种是泵站前池供水，还有一种是给水库供水。同时对这两种工况的一些小工情况进行计算。输水工程的水力过渡工程以及水泵的启动，停止，阀门的开启和事故造成的泵站停止等各个方面的因素均有一些关系。我们在长距离压力输水管道设计过程之中，需要采取水锤防护措施。这个措施包括了泵在设置，液控缓闭止回蝶阀、防水锤泄压阀、输水管沿线设置排气阀等不同的内容。借用工程过渡进城计算分析，拟定科学合理的水泵机组启动及停止方法。确定液控缓闭止回阀的启闭操作方式，有效确定钢管水压的变化依据和范围，增加防水锤式泄压阀，确保机组设备和管道工程的安全运行。并能有效地沿管道布置空气阀，科学布置引水系统，为机组参数选择和泵站设计提供技术参数，确保为泵站工程安全运行点奠定基础。结合管线埋设的地形高低情况，如果地形高度降低引起的压力和水头增加大于沿线水头损失，则管道压力最大值出现在最低点，针对该位置应该对水压数值进行把控，确保长距离压力输水管道顺利运行。

3.4 管道壁厚度确定

管道壁厚也是确保长距离压力输水管道顺利运行的关键，直接影响着整个管线系统的耐久性。在确定管道壁厚的过程中，应综合考虑技术经济性能。严格按照《给水排水工程管道结构设计规范》的标准要求，在初步制定管道壁厚的基础上，计算管道的承载力和极限状态，并校核使用极限状态。对于埋地钢管，管道承载力极限状态的计算包括管段周向稳定性的计算。针对正常使用极限状态计算时，一般涵盖钢管形变计算内容，以便于确保钢管不超过允许值。通过对管道比厚度进行确定，确保长距离压力输水管道设计科学合理性。

3.5 纵断面设计

第一，管线选择中，设计单位应该仔细分析工程特点，结合工程项目的需求，确定管线不舍原则。例如，在线路选择中，一定要选择直线，尽量避免管线弯曲，通过这种方案的确定，可以缩短管道长度，满足行业的经济化发展需求。减少高低起伏的管道设计。由于长距离压力输水管道项目的特殊性，减少排气阀可以保证管道的稳定性。而且，在管道穿越铁路、公路的情况下，设计方案要符合行业标准，只有在部门审批之后才可以开展后续工程，发挥工程项目的设计优势，并保证施工工序的正常进行。第二，沟槽开挖。在管道开挖中，最小的宽度要满足管道的安装要求，设计部门应该尽量选择挖方断面，通过这种方法可以减少填方断面的问题，同时避免工程沉降。第三，管道埋设深度控制中，设计单位要根据区域环境确定设计方案。例如，通过冰冻情况、外部荷载等因素的分析，规范长距离压力输水管道设计方案，保证管道埋设深度的合理性。应该注意的是，在管道埋设深度控制中，深度一定不能<1.5m，过程中为了保证管线的稳定性，应该规范管顶的覆盖土厚度，保证施工工序的正常进行[5]。

4 长距离压力输水管道设计管理的优化策略

结合长距离压力输水管道设计的项目特点，为了提高工程项目的质量，设计单位需要结合以往的经验落实管理方案，逐步提升管理的设计质量，为行业的稳步运行及经济发展提供参考。通常情况下，在长距离压力输水管道设计管理策略完善中需要做到：第一，是落实全面的项目管理机制。根据长距离压力输水管道项目的设计特点，在工程管理中，应该设置高效、全面的项目管理机制。例如，项目设计中，需要用数据说话，通过施工影响因素、质量控制因素的综合分析，规范工程项目设计标准，相关设计人员要充分技术资料、工程数据以及施工地点等因素，确定各个岗位人员的职能，保证长距离压力输水管道设计及施工工序的正常进行。第二，是完善远程故障控制及远程检测方案。在长距离压力输水管道设计施工中，远程故障控制是较为重要的，设计单位在工程设计中，应该增加远程诊断服务器，将这一设备融入在计算机控制系统中，通过长距离压力输水管道运行情况的监测，提高长输管道复杂问题的解决效率，实现长距离压力输水管道故障高效解决的目的。第三，是强化现场焊接管理。在长距离压力输水管道设计及施工管理中，为了保证管道工程的正常使用，设计单位要加强技术监测、技术检测，之后设置动态化的管理机制，帮助施工单位降低风险，逐步提升工程项目的整体质量。针对焊接质量问题，一定要及时上报相关部门，结合区域情况、管道使用情况等，落实管道维护方案，提高管道故障的处理效果。应该注意的是，在焊接施工中，施工单位不能随意更改设计方案，对于一些必须修改的问题，要与设计部门取得联系，在审批通过后才可以进行后续施工[6]。

5 管道附属建筑物设计

5.1 检修阀井

布设检修阀井能够在管道发生故障时展开分段检修，有效提高检修与清淤的效率。在布设检修阀井时要充分考虑到事故检修排水、地形及饮水运行管理等各项因素，通常情况下会将检修阀井布置在管道的起点、末端、分水口及穿越河道、公路、铁路段，在业主提出特殊要求的情况下选择管道段，若管径较小，并且在地下水位上方时，检修阀井可以用砌砖结构，此种结构较为简单，并且便于施工，若管径较大并在地下水位以下时，最好采用钢筋混凝土结构的检修阀井。

5.2 排水阀井

为了方便管道检修，在事故发生后第一时间将管道中的存水排放出去，并且对管道内部陈集的杂物泥沙进行及时冲洗，考虑到检修时间要求将排水阀井布置在管道底部凹陷位置。或者在检修阀井之前，通常情况下排水阀井由干井与湿井两部分构成，将排水阀放置于干净干井中，湿井中留有排水管道出口，再由抢险车上的水泵将湿井中的水及时排出。在进行排水操作时，井中需要过水，要求排水井具备防渗性，通常会采用钢筋混凝土的结构。

5.3 空气阀井

设置空气阀井能够及时将管道中聚集的气体排出去，避免管道中发生气阻现象。排出管道中冲水时的气体在放空水时及时进行补气，正常运行状态下排出水中带有的微量气泡，在管道中段高低起伏时，需要在管道沿线突出位置不设空气阀井，在管道中段为某一个较小的坡度并且较长一段没有高低起伏时，至少在800m左右时设置一处空气阀井。很多工程在运行过程中出现管道爆裂的现象，都是由于空气阀井设置不合理造成的。

5.4 流量计井

通常会在管道的起点、末端、分水口处设置流量计井，设置流量计井的目的是能够准确掌握管道内水流情况，提高工程管理效率，并且每个流量计井中都会配置一个流量计。

6 结 语

总之，在长距离压力输水管道设计中，为了可以切实提高项目的资料设计部分，一定要根据工程的项目特点进行。确定规范性的工程设计方案，之后通过管道输水方式的确定、管道最大设计内压力以及管道厚度的确定等，发挥长距离压力输水管道工程的经济效益，为行业的持续运行及正常发展提供参考。一般来说，长距离压力输水管道设计过程，设计单位需要把管材的选择以及管径确定、管线纵横断面的设计等，规范项目施工方案，稳步提升工程质量，满足行业持续发展需求。