长距离输水管道工程设计问题探讨

建材发展导向2018年第03期126长距离输水管道被广泛用于用水系统改造中。

为减少输水线路中的水力损耗，避免原水的二次污染，大口径输水管道或暗渠输水是引水工程中采用的主要措施。

目前大型现浇混凝土暗渠施工难度较大，渠道的沉降缝处理也较困难，因地基不均匀沉降引起的止水带漏水，在工程建成后维修麻烦，而且渠道的施工周期较长，投资高，因此，可优先考虑采用管道输水。

1　长距离输水管道常遇到的问题一是输水距离过长，尤其输送的原水常常造成管内堵塞现象；二是长距离输水一般考虑双管敷设，但有些未考虑联通管，导致单管发生事故，则整条管路无法使用；三是未进行水锤影响分析，导致管道经常爆管；四是管道防腐未做好，经常容易腐蚀；五是管道排气设置不合理，导致产生气阻；六是减压措施不合理导致爆管。

2　管径确定长距离输水管道由于管道较长，管径对管道工程投资的影响很大，因此，选择合理的管径，是长距离输水管道工程设计中一项十分重要的工作。

管径增大的优点是管路阻力减小，可降低电耗量与年运行费用，而管径减小，虽然管道的一次性投资降低，但管路阻力增大，年耗电量和年运行费用增加。

现以实例设计如下：该地拟建新水厂分三期建设，一期规模10万m 3/d，二期规模20万m 3/d，三期规模30万m 3/d。

根据供水规模测算，可供选择的管径有DN1400、DN1600和DN1800，分别计算管道流速和水头损失如下。

（考虑管线输送距离较长，自用水系数+漏失率之和取为1.15）。

考虑到工程一次建设可以兼顾水厂一、二、三期的运行要求，DN1400管道在水厂达到三期规模时，管道总水头损失过大，取水泵扬程过高，DN1800管道在水厂一期水量较低时，管道内水流流速过低，容易沉积泥沙，因此采用DN1600的管径是较为合理的。

3　输水管材3.1　管材的要求根据工程任务，输水管道材质需满足如下要求：（1）较高的密封性能，本工程输水管采用压力输水，因此输水管道需要良好的密封性能。

（2）抗腐蚀，卫生安全性能好，从水源到用户，水流要经过较长的管线，因此要求输水管道内壁既要有抗腐蚀性能，又不向水中析出有害物质。

（3）水力条件好，管道内壁光滑，摩擦阻力小，不易结垢，输水能力强。

（4）安装性能好，管道安装连接简单方便，且与阀门等其他管道的设备连接也简单方便。

（5）力学性能好，为保证供水安全，管道要有良好的抗内荷载能力及承受外压的能力。

（6）使用寿命长。

（7）经济性好。

3.2　输水管材的选择（1）管径大于DN1200范围内，管道压力在1.2MPa 以下时，管材的选择顺序依次为：球墨铸铁管、PCCP 管、玻璃钢管、PE 管；在压力大于1.2MPa 时，管材选择优先顺序为：球墨铸铁管、PCCP 管、PE 管、玻璃钢管。

（2）管径小于DN1200范围内，一般地基情况下，管材的选择顺序依次为：PE 管、球墨铸铁管、PCCP 管、玻璃钢管。

（3）一般地基情况下，对具有强腐蚀性的废弃水，优先采用耐腐蚀的玻璃钢管，其次为PCCP 管。

（4）对于地基条极差情况下，地下直埋管应尽可能采用延性较好、具有柔性接口的PE 管、球墨铸铁管或PCCP 管。

综合上述四种管材的性能对比，预应力钢筒混凝土管（PCCP）不仅承内、外压性能好，而且综合单价适中，使用年限久。

从性能、安全、投资、运输、安装、运行、维护等多方面考虑，本工程采用预应力钢筒混凝土管。

4　长距离管道输水设计难点解析4.1　管道压力选择在选择管道压力等级时，为考虑安全起见，管道及管件的公称压力宜》设计内水压力，设计内水压力是指给水管道系统作用在管内壁上的最大瞬时压力也就是考虑了水锤压力与工作压力之和的一种事故下的瞬时压力。

设计内水压力为（管道的瞬时压力）=1.5P。

4.2　连通管的设置长距离输水管道一般采用双管线布置，同时根据规范要求，管道检修时输水量不少于设计输水量的70%，因此长距离输水管道需要在两根输水管道之间设置连通管，连通阀的设计是在每根连通管处的主管上下侧设置2个闸阀，共4个闸阀，以达到分段检修目的。

连通管的数量和管径应保证在分段检修情况下满足设计供水量的70%，经计算确定。

示例工程新建管道与现状DN1400浑水管连通，连通管管径经计算取为DN1400。

4.3　控流措施尤其针对如水库水等前压较高，在中下层取水的输水管道，为保证管道输水的安全性，通常前端应考虑控流阀，也避免造成水资源的浪费。

4.4　水锤防护常用的水锤防护措施有：（1）单向调压塔。

单向调压塔是一种只可以单向进行流动的调压塔，主要用于防止管道中产生负压，在输水主管道相连的短管上，单向调压塔装有单向止回阀，水流只能在主管产生负压时由塔内向主管道引水，防止管道中压力降低而产生水柱分离，同样由于管线长，而且全线负压，需要补给水量大，因此单向调压塔的高度、容量都较大。

（2）调压塔。

作为一种缓冲式的水锤防护设备，调压塔主要目的是防止压力管道中产生负压（水柱分离），一旦管道中压力降低，调压塔迅速给管道补水，以防止或减小负压，避免出现水柱分离，同时在水锤压力上升时管道中的水倒入塔内可以减小水锤长距离输水管道工程设计问题探讨王　龙（邯郸市安装工程有限公司，河北　邯郸　056000）摘　要：长距离输水工程关系到整个城市输水的安全可靠性，管道敷设运行常常发生各种状况，从而影响到供水，下文通过对长距离输水工程安全输水措施总结几点意见以供设计参考。

关键词：长距离输水工程；管道输水；供水管材；管道设计应用技术与设计2018年第03期1271　有关钢筋混凝土框架结构的抗震设计理念的意义作为自然灾害中破坏性最大、突发性最强的一种，地震对于建筑物的摧毁程度是十分巨大和不可估量的，历史上有许多大型的地震灾害造成了建筑物和人民的生命安全威胁。

随着物质社会的快速发展，为了更加有保证地保护人民的生命财产安全，科研人员不断研究设计出更为先进的抗震钢筋混凝土框架结构，以不断在实践中减少建筑物在地震作用下的破坏程度，将地震对于建筑和人民的安全威胁降低到最小的幅度。

随着社会需求的深入发展，对于建筑物的抗震设计需求更加强调“个性化”设计理念。

如何能够在现有的实际条件限制之下，实现经济投入最小和抗震能力最大的有效平衡，是包括业主、科研人员、政府在内的各方面利益体应该考虑和关心的问题。

鉴于要实现理想化的抗震目标，设计出高强度的混凝土框架结构是极为重要和需要关注的。

因此，为了提高建筑物的抗震能力，提高并改进钢筋混凝土框架结构的抗震设计理念是直接研究的方向和话题。

2　抗震能力的概念和相关分类概括来讲，建筑物的抗震能力就是指当建筑物处于地震作用之下，其内部结构对于地震带来的一系列损伤和抗倒塌能力。

当一场地震发生时，由于地面在运动过程中会发生不同的状态变化以及结构差异的影响，地震导致的混凝土框架发生的破坏可以分为两类，其一为最大位移首次超越，这是指当建筑物本体结构在地面产生巨大的加速度冲击之后，该结构产生的位移状况大于设计时结构所能承受的最大位移限度，这样一来，本体结构由于自身设计的限制，便会出现突发性的崩塌和破坏。

其二是塑形累积损伤，这种破坏现象指的是虽然当时产生的地震加速度没有使建筑物的位移超过预期的最大限度，但是由于该状态下的地震带来了屡次的破坏，致使建筑物本体结构的强度和抗震能力逐渐瓦解和崩溃，最终在不断地破坏累积过程中产生了结构承载力丧失的现象。

有关建筑物的抗震能力，相关专业领域主要将其分为单体和群体建筑物抗震能力两个类别。

而其中的单体建筑物抗震能力有包含了相对和绝对的抗震能力。

前者指的是建筑物在进行不断的地震破坏和作用之后，其结构表现和性能状态所体现出的一种能力，而后者指的是建筑物本体所固有的、特定的一种抵抗地震破坏的能力要求。

3　钢筋混凝土框架结构可靠度的分析模型3.1　概念设计的引入背景目前许多专家对于钢筋混凝土的框架结构通过一系列精确钢筋混凝土框架结构的抗震设计理念分析郝江华1　胡　薇2　王　磊3（1.中联西北工程设计研究院有限责任公司，陕西　西安　710000； 2.陕西省建筑设计研究院有限责任公司，陕西　西安　710016； 3.航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司，甘肃　兰州　730010）摘　要：建筑物作为人类长期依赖于从事生产生活作业的重要场所，其对于抗震能力具有极为高标准的要求和发展期望。

目前随着我国建筑业的蓬勃发展，对于钢筋混凝土框架结构的抗震设计也有了更为高层次的要求。

文章针对其设计理念的意义以及相关概念、方法进行了详细的分析。

关键词：钢筋混凝土；抗震设计；设计理念压力上升。

调压塔结构简单，安全可靠，易于维护，在正常工作时，调压塔的水面高程与管道的压力水头线等高。

（3）排气阀。

复合式排气阀用于缓解或消除长距离输水工程因负压而造成的断流弥合水锤时，一般装设在管线凸起部位，当管内压力低于大气压时吸入空气，而当管道中压力上升高于大气压时排出空气，能够有效降低长距离输水系统断流弥合水锤危害。

4.5　管道防腐钢管内防腐通常内喷衬卫生级环氧树脂，选定采用“8701饮用水容器防腐蚀涂料”，输水水质符合生活水饮用标准GB5749-2006要求。

钢制管道外防腐：参考石油部标准《埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术标准》（SY/T0447-96），为适应不同腐蚀环境对防腐层的要求，环氧煤沥青层分为普通级、加强级、特加强级三个等级。

根据工程的需要进行选用。

牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。

在金属防腐工艺中，阴极保护是电化学保护方法中的一种。

它通过对被保护金属体施加电流，然后使其电极电位负移，使金属减弱由原子态自发转变为离子态的趋势，因而从根本上对腐蚀现象起到了抑制作用。

通常来讲，这个过程必须在电解质中进行，因而埋地钢管十分适合采取阴极保护。

如果阴极保护和管道本身的防腐层互相进行补充，然后在安全性和经济性方面达到完美组合，则是现在公认的最佳防腐方案。

影响埋地钢质管道腐蚀速度的因素是多方面的。

主要取决于土壤的性质，而土壤电阻率是判断土壤腐蚀性的重要指标，根据SY/T0019-97标准，结合不同地区土壤情况进行选用，通常多采用镁合金牺牲阳极（Mg-Al-Zn-Mn 牺牲阳极）。

5　结语在长距离输水管道设计中，由于管道投资占工程总投资比重较大，管材、管径的选择必须结合工程实际进行综合技术经济比较确定。

同时由于长距离输水管道的压力高，在设计中必须考虑安全运行措施和便于检修的措施。

文章就江苏某地的长距离输水工程在设计中遇到的一些问题进行了论述介绍，但关于长距离输水工程的技术及安全措施还需要更深入的研究与提高。

参考文献：[1] 温汝青,崔婧,何士忠,闫晓晔,危斌,刘晓玲.长治市辛安引水工程长距离输水管道设计[J].中国给水排水,2015(6).[2] 陈涌城,张洪岩.长距离输水工程有关技术问题的探讨[J].给水排水,2002,28(12):1-4.。