顶山144km玻璃钢供水管道工程设计总结（2） 14页

顶山144km玻璃钢供水管道工程设计总结（2）摘要：顶山供水管道工程是为解决北疆供水工程施工、运行而兴建的一项附属工程，设计流量384m3/h，最大日供水量9000m3/d。该工程的特点是水位差大，总可利用水头达143m，是一个可以充分利用地形实现122km管道重力输水的供水工程，输水干管总长达144km，水泵扬水部分占22km。本文简要介绍该管道工程设计遇到主要问题及解决对策关键词：玻璃钢管道长距离供水设计总结　2主要设计问题及解决方案　　本工程尽管供水量不大、管径不大，但作为长距离有压供水管道，其规模确定，断面布置，管材选择，水锤防护设计，附属设施设计，跨河建筑物设计，跨路保护等问题都应地形复杂、压力高、工程重要等而显得格外重要。　　2.1系统规模确定　　顶山供水工程主要是为解决施工用水而专门兴建的，后期作为绿化用水而继续使用，其设计应根据施工用水的不均衡性、用户特点而确定供水规模。根据施工总体规划布置，顶山至三个泉施工区域按均衡生产日最高用水量见表1。　　表1顶山至三个泉施工区域日最高用水量统计表　　序号　　项目　　桩号(km)　　长度(km)14\n　　水量(m3/d)　　备注　　1　　顶山隧洞施工区　　0+150～15+340　　15.18　　960　　生活生产用水　　2　　渠道　　15+340～23+308　　7.97　　220　　生活生产用水14\n　　3　　小洼槽倒虹吸　　23+308～28+509　　5.201　　480　　生活生产用水　　4　　渠道　　28+509～142+137　　113.628　　1540　　生活生产用水　　514\n　　大洼槽倒虹吸　　142+137～153+013　　10.876　　850　　生活生产用水　　6　　管理处　　142+137　　　　50　　生活用水　　7　　合计　　14\n　　153.013　　4100　　　　考虑工程施工的特点，及年有效利用时间，小时用水不均匀系数(或时变化系数)，施工用水取K3=1.5，生活用水取K3=2.5；施工用水按每天二班工作制16h计算，生活用水按24h计算。则供水系统日最高用水量为Qdm=4100m3/d，系统的小时最高用水量∑qhm(m3/h)为系统内各用户高峰日的小时最高用水量之和，计算可得小时最高用水量为384m3/h。主干管网设计流量为系统小时最高用水量384m3/h。　　按8h供水计算、日供水3072m3/d，按12h供水计算、日供水4608m3/d，按16h供水计算、日供水6144m3/d，按24h供水计算、日供水9216m3/d，每日供水12h可以满足正常供水4100m3/d的要求，每日供水20h可以满足高峰期7500m3/d的要求，故系统主干管道流量设计是合适的。　　　　2.2系统方案确定　　采用大管径方案水头损失小，管道投资大，但可以减少扬水级数，降低泵站投资和系统的运行费用；采用小管径方案水头损失大，管道投资小，但需要增加扬水级数，增加泵站投资和系统的运行费用；经过技术经济比选最终选择管道二级扬水方案，该方案充分利用高位水池地形差，实现重力流输水部分长达122km，且投资最省。　　表2分级扬水方案特性表　　泵站指标　　单位　　一级扬水方案14\n　　二级扬水方案　　三级扬水方案　　一级　　泵站　　站点桩号　　km　　0+000　　0+00　　0+000　　设计流量　　m3/h　　384　　384　　38414\n　　扬程　　m　　95.153　　95.153　　126.519　　泵站功率　　kw　　90×2　　90×2　　110×2　　二级　　泵站　　站点桩号　　km14\n　　　　129+000　　27+000　　设计流量　　m3/h　　　　109.644　　274.271　　扬程　　m　　　　63.094　　143.768　　泵站功率14\n　　kw　　　　37×1　　160×1　　三级　　泵站　　站点桩号　　km　　　　　　86+000　　设计流量　　m3/h　　14\n　　　　157.267　　扬程　　m　　　　　　120.522　　泵站功率　　kw　　　　　　90×1　　总扬程　　m14\n　　95.153　　158.247　　390.810　　泵站总功率　　kw　　180　　217　　470　　管道工程估价　　万元　　5460　　4829　　467014\n　　泵站工程估价　　万元　　110　　166　　227　　运行费估价　　万元　　118　　236　　473　　供水系统估价　　万元　　5689　　523214\n　　5370　　特点　　一次扬水至高位水池，自流至三个泉，管道DN400～DN250，末端流速小　　一次扬水至高位水池，管道DN400～DN350，126所二次加压继续输送　　分段分级扬水，管道DN400～DN250　2.3管材比选　　在输水和给水工程中，管道占投资的比重很大，且因管材选用不当造成事故或增加不必要资金的实例也较多，因此管材的选择应根据工程的具体情况，要做技术、经济、安全、工期等多方面分析比较，综合平衡后确定。　　根据国内多处供水工程的设计经验，结合本工程规模及重要性、管径及工压、工程地质、地形条件、外荷载状况、各种管材的应用情况、发展前景等纵多因素决定管材选择基本原则为：　　①考虑工程的规模及重要性，受资金限制，不能修建备用管道，管道安全输水是第一位的；　　②管道口径及能承受要求的内压力和外荷载，供水管道最大设计压力1.6Mpa，且有多处穿越路口，需要考虑汽车通行；　　③管道使用性能的安全及维修工程量小，设施尽量健全，减少施工供水期的维护工作；适应气候温差的变化，连接方式简单可靠；垫层处理型式简单易行。　　④管道使用年限长；　　⑤管道在满足输水能力不变的情况下，造价低廉，符合饮用卫生条件；　　⑥管道能满足工程地质、地形条件的影响，抗腐蚀能力强。14\n　　目前在管道输水工程中比较多的采用钢管、球墨铸铁管、预应力砼管、玻璃钢管、硬聚氯乙烯管（UPVC）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）等。参考已建工程管材比选的特点以及各种管材在新疆的应用情况，本项目工程最终确定采用UPVC管、玻璃钢管和钢管三种管材方案进行技术经济比选。通过管材的裁切方式、施工难易程度、安装后使用寿命、与不同管材的连接方式、抗冲击、耐压力、抗耐腐蚀、尺寸稳定性、阻燃性、卫生性能、维修方便程度等多方面进行技术经济比较，UPVC管和玻璃钢管具有良好的水力学性能，它们的糙率系数达到了0.008～0.009，两者在价格上也相差不多；钢管具有良好的力学指标，可承受较大的水头，但价格较贵，并且它的水力学性能不如UPVC管和玻璃钢管，在相同的条件下，钢管的管径要比UPVC管和玻璃钢管大。　　本工程采用二级扬水方案时，不同管材管道部分造价，UPVC为5016.91万元、玻璃钢管为4829.14万元，钢管为6446.3万元，根据UPVC管、玻璃钢管和钢管三种管材方案的技术经济比较，本项目工程的管材选用玻璃钢管方案较好，相比较UPVC节省管材投资188万元、比钢管节省1617万元。　　　　2.4管道断面布置　　埋地式玻璃钢管道是一个相互作用的管－土壤体系，作用于玻璃钢管道周围的土壤不仅直接形成管体上的外压荷载，而且还为管体提供相应的支撑。管区回填，一般自管底至管顶0.7DN以下部位的回填作为主管区回填，0.7DN至管顶300mm范围内属次管区回填。夯实自管道两侧同时开始，逐渐向管道靠近，压实度一般控制在90％～95％。管区回填材料的粒径、材料必须与管沟的自然土壤相协调，不能冲蚀管沟的自然土，也不允许迁移、流动到管沟的自然土中，流动到回填材料中，管侧支撑土壤的流失，将会造成管道挠度增加，不能满足长期运行的要求。布置管道断面需要因地制宜、选择正确的安装类型、充分利用当地材料。　　本工程地处严寒地区，冻土层最大冻深在1.9m左右，因此，整个管线段管道埋深按1.9+0.3＝2.2m控制；考虑到垫层施工及主管区回填的重要性，适当加大底宽，按底宽B=2×0.4+b＝1.2m设计；开挖边坡砂泥岩段1：0.3，流沙段1：1，填方外边坡1：1，管顶设带帽；根据玻璃钢管道的特性，采用15cm厚直径小于10mm的砂石垫层，流沙段采用30cm厚砂砾石垫层，充分利用开挖砂岩过筛后作为管底垫层材料；管底至管顶以上300mm区域为人工回填区域，管底至管道0.7DN为主管区，0.7DN至管顶300mm以下为次管区，均采用人工分层回填夯实，P>0.90，利用开挖砂岩，其他区域为机械回填区域。管道典型横断面如图1所示：　　　　图1供水管道典型横断面布置图14