长距离输水管道工程规划设计要点归纳总结_李朋.pdf
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1、科 技 创 新科 技 创 新长距离输水管道工程规划设计要点归纳总结长距离输水管道工程规划设计要点归纳总结李朋收稿日期:2023-07-13作者简介:李朋,男,汉族,河北省水利规划设计研究院有限公司,高级工程师。摘要结合工程设计实践经验,从输水线路布置、建筑物布置、管道压力流量调节、管材管径设计、穿越工程设计以及管道安全监测、水压试验等多个方面,对长距离输水管道工程设计要点进行了归纳总结。根据工程实例,对工程施工及运行过程中普遍存在的问题提出了解决思路和改进方法。关键词线路及建筑物布置;管道压力流量调节;管材管径设计;穿越设计;安全监测;水压试验近年来,为优化我国水资源供给,破解水资源配置与经济
2、社会发展需求不相适应的矛盾,国家大力推进大水网工程建设。同时随着乡村振兴战略的逐步推进,为提高农村饮水安全,全国各地积极开展农村供水保障体系建设。无论是国家大水网工程还是农村供水保障体系建设,输水管道工程是工程建设的重要组成部分。现结合工程设计实践经验,通过梳理工程实例在各设计阶段中的经验及存在的问题,从输水线路布置、建筑物布置、管道压力流量调节、管道管材管径设计、穿越工程设计以及管道安全监测、水压试验等多个方面,对长距离输水管道工程设计要点进行归纳总结,为类似工程设计与建设提供参考。1.输水线路布置线路布置的确定是输水管道工程在前期设计阶段主要工作之一。长距离输水管道工程线路布置具有空间跨度
3、大、影响范围广、制约因素多等特点,因此,为确保输水线路布置的合理性及可实施性,前期设计阶段应重视对输水线路的选址、选线工作,在详细查勘调研的基础上,充分考虑工程的影响、制约因素,经综合比选确定输水线路布置。1.1强化与国土空间规划对接在确定取水水源及受水目标后,即可开展总体线路规划布置。在以往工程前期设计阶段,往往主要是从技术角度出发,考虑地形、地质、施工工期、工程投资等因素的影响,进行线路布置。近年来随着城乡经济社会全面协调发展,各地区逐渐出台了国土空间规划,对城乡空间布局日益重视。因此,在前期设计阶段,应与工程所在地规划部门充分对接,通过调整优化管线布置满足当地空间总体规划,特别是穿越规划
4、园区、规划路网、环境敏感区时,管线布置应由规划部门结合国土空间布局统一规划确定。在此基础上,由规划部门确认输水线路并出具选址意见。这样可有效提高后期设计工作效率,避免因线路布置不合理导致设计方案返工。1.2统筹考虑现状地貌及现有障碍物影响输水线路应在深入进行实地踏勘和线路方案比选优化后确定。设计阶段应在实地踏勘的基础上,充分利用实测地形图、无人机航拍以及地质勘察成果,详细了解工程区地形地貌、地上及地下建(构)筑物、各类管线等其他障碍物。根据工程区地形地貌及各类既有建筑物、管线分布情况,统筹布置输水线路,一般可沿现有(规划)道路、河道方向布置。需要注意的是,根据工程实践经验,现有道路两侧往往布有
5、高压线塔(杆)、燃气等各类管线,沿现有道路布置输水管线时,应充分考虑与现有高压线塔(杆)、管线的空间距离要求。1.3注重局部线路优化设计在完成总体线路布局后,应注重局部线路优化设计,避免后期因局部线路布置不合理导致工程变更。例如,利用实测地形图,充分了解线路两侧地形地貌,避免线路紧邻河渠坑塘边缘,以防影响管道运行安全及增加施工难度;考虑到征迁难度影响,输水线路应合理躲避集中成片坟地、景观植被等,尽可能降低工程征迁实施难度。2.建(构)筑物布置输水管道工程建(构)筑物主要包括泵站、井室、分水口、调压调流设施等。在工程前期设计阶段,建(构)筑物设计除应满足工程技术要求外,还应注重考虑工程占地、工程
6、运行管理的需求。涉及到永久占地的建(构)筑物,前期设计阶段应与国土部门对接,在满足工程总体布置要求的前提下,尽量布置在非基本农田区域,避免因土地预审、土地组卷等存在问题而导致设计方案的变动。为优化工程占地,应合理布置各井室位置。在满足工程布置要求的前提下,为减少井室布置对现有农田的影响,同时便于运行管理,应尽量将井室布置在道路两侧。距离较近的井室,可以考虑合并布置。根据阀井布置原则,检修井附近一般同时设置排气井,为节约工程占地,同时便于工程运行管理,可将紧邻的检修井、排气井合并设置为检修排气井。为满足管道检修时排空管道内水的要求,根据输水管道纵断面布置确定管线排水分区,每隔一定距离设置泄水井。
7、泄水井位置的选择应考虑排水出路问题,尤其是大管径及排水分区较长的管线,排水量较大,泄水井的位置应根据地形地貌条件,尽量布置在现有河渠附近。根据工程对不同工况的运行需要,往往需要在管线末端布置调压调流设施(一般设置调流阀)。以往工程多采用设置独立调流阀站的方案,同时配置电气、管理用房,管理调流阀站的运行。由于输水管线末端一般对接水厂,在管理模式允许的情况下,可通过工程对34科 技 创 新科 技 创 新接,将末端调流阀设置在水厂厂区内,电气设备与水厂配电室结合布置,可以充分节约利用土地、减少工程投资,同时提高工程管理效率。3.管道压力流量调节设计长距离输水管道工程一般线路长、支线多,运行工况复杂,
8、管道内水压力变化较大,是影响管道安全运行的主要因素。管道压力流量调节是长距离输水管道工程设计的重要课题。前期设计阶段,应根据地形高差条件,选择有压重力输水、泵站加压输水以及重力和加压组合输水方式。在此基础上,根据供水管线布置、管道管径、管材、阀件组成及排气阀设置等参数,对不同输水流量、不同位置分水口阀门关闭和开启等多种运行工况下的管道内水力过渡过程进行模拟计算,研究确定管道压力流量调节方案。压力调节及水锤防护方案一般根据压力调节范围、水锤压力大小等因素,可采用单独设置调压塔、调流阀、排气阀以及相互组合设置等方案。适宜的管道压力流量调节方案可实现管材压力选择与流量调节时间的协调,保证工程安全,降
9、低工程投资。在管线分水口及末端设置调流阀是调节压力流量较为常用的方法之一。在工程运行中根据运行要求或用户用水量的变化对输水流量进行调节,控制分水流量和压力水头;当输水系统在低于管道设计输水流量下运行时,消减系统产生的富余能量;输水管道停水时,缓慢关闭调流阀,有效控制和降低系统水锤压力。同时对于大管径输水管道,调流阀宜采用多管并联布置,设计工况下同时工作,运行初期和事故工况互为备用。可大大缩短调流阀全行程有效关闭时间,使管线调度的安全性和灵活性大大增加,降低了电动执行器设计制造难度,方便了工程运行调度。对于距离较长、沿线分水口较多、运行工况复杂且工程重要性较高的输水管道工程,结合水力过渡过程模拟
10、计算结果,可在管道中间考虑设置调压塔,用于消减水锤压力。调压塔设计和施工中,应重点研究解决大体积混凝土施工温度控制、筒身高比例开孔率下的结构计算、筒身主体结构与外形结构后期施工变形协调等问题。根据已建工程运行效果,建成后的调压塔满足了水锤防护的要求,同时调压塔外形可结合工程所在地人文历史特点,进行仿古等个性化设计,建成后成为当地的地标建筑物。4.长距离输水管材、管径设计对于长距离输水工程,工程主体是管道,因此对管材、管径的选择是影响工程造价和工程运行效果的主要因素。根据工程输水流量大小、地势起伏变化情况,同时考虑内压、过流能力、施工条件等对管材、管径的影响,经综合技术经济比选,合理确定管材、管
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