东山供水灵石县域小水网供水管线设计

2018-11-29王鸿燕

山西水利 2018年9期

王鸿燕

（灵石县水务局，山西灵石 031300）

0 引言

灵石县域总面积为1 206 km2，下辖6乡6镇，至2015年底，全县总人口为27.0万，其中城镇人口为13.9万，农村人口为13.1万。

山西省东山供水工程是山西大水网中的第五横——晋中供水体系中晋中南部供水区主要工程之一，是全省统一规划布局的重要组成部分。灵石东山供水县域小水网供水工程，属山西东山供水工程的配套工程，该工程的建设可确保东山供水工程供水效益尽快得到发挥，实现灵石经济发展由水瓶颈向水支撑的转变，将极大地促进灵石县经济持续发展。

1 管道设计

大水网东山供水工程给灵石县供水为均匀供水，故管道流量不考虑加大设计流量，供水管线末端用水户自建调蓄设施，解决用水高峰期等调节问题。

1.1 管材选择

本工程为管道供水工程，管道特点是距离长、工压大。管径范围在DN 250～DN 1000之间，工压范围在0.6～2.4 MPa之间。在工压高的长距离输水工程中使用较多的主要有钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）和玻璃钢夹砂管（FRPM）等几种管材，管材性能比选见表1。

比较可知，玻璃钢管具有自重轻、糙率小、运行费用低、投资少等优点，但其抗外压性能较差、对地基及回填要求高，机械损伤几率大，根据施工经验，在地质与外界条件较好时，效果较好；根据本工程管道内、外压较高，埋设情况复杂的条件，使用玻璃钢管不适合。

钢管承受内、外压能力都将较强，能适应各种环境下的条件。但钢管价格较高，且抗腐蚀能力差，须做内外防腐。同时，根据对天然河道及地下水取样化验结果，河水及地下水对钢结构具中等腐蚀性，如采用钢管需进一步加强防腐处理，增加管材采购费用。

表1 管材性能比选表

球墨铸铁管具有较强的延伸率、刚度、抗拉强度，承受内、外压能力较强；球墨铸铁管内衬水泥砂浆，外壁具防腐层，管材自身也具有较强的抗腐蚀能力；口径较小时价格具有一定优势。

本工程管道口径较小，均小于1 m，但承受工压较大，沿线地形复杂，对管道抗外压能力也有较高要求。因此，综合以上各管道的特性，本阶段设计推荐使用球墨铸铁管作为供水管道主要管材，在穿道路、河流等复杂环境管段及建筑物内部设备连接等部位使用钢管。

1.2 水力计算

管道管径本阶段根据供水流量、管道流速和水头损失进行初步选择。管道流速尽量控制在1.0～1.5 m/s之间。

本工程管道水力计算根据《室外给水设计规范》（GB 50013-2006）第7.2.2条的曼宁公式，进行沿程水头损失计算，由于地形高低起伏、平面及竖向转角较多，局部损失相对较大，局部水头损失暂按10%的沿程水头损失进行估算。

根据拟定的管材、管径，采用下列公式计算水头损失：

式中：hy——管路沿程水头损失，m；

l——管长，m；

R——水力半径；

v——断面平均流速。聚义供水支线上的受水点，为两渡泵站处和聚义焦化集团，年用水量分别为160万m3和1 333万m3。夏门供水支线上的受水点，为两渡镇三交河口、玉成村和夏门工业园，年用水量分别为100万m3、157万m3和343万m3。

本次引水，从大水网东山供水大沟—两渡供水管线末端受水点，该管线在DL-1号流量调节阀后设调节池，水位为871.5 m，从调节池到两渡受水点，管道长度约为27.9 km，管径DN 1000 mm。两渡受水点地面高程714 m，故该处静水头为157.5 m，考虑水头损失后富余水头约为120 m，水力计算结果见表2。

1.3 管道穿越河段冲刷深度计算

本次计算河槽一般冲刷计算采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2015）推荐的非粘性土河床的有关公式和方法进行，该公式经过验证和实践，可以满足计算要求。

非粘性土河槽一般冲刷计算公式如下：

式中：hp——一般冲刷后的最大水深，m；

hcq——河槽平均水深，m；

hcm——河槽最大水深，m；

Bcg——河槽宽度，m；

表2 东山供水管道水力计算表

d——河槽泥沙平均粒径，mm；

Q2——设计流量m3/s；

E——与汛期含沙量有关的系数，经分析取0.86。

μ——侧向压缩系数；

Ad——单宽流量集中系数。

式中：Bz——造床流量下的河槽宽度，m；

Hz——河槽平均水深，m。

利用工程涉及范围内的钻孔资料及土工试验成果分析，确定冲刷计算参数，见表3。

表3 P=2%冲刷计算参数表

经过计算管道穿越河道段河床冲刷深度见表4。由于管线沿河布设，冲刷深度取河道最大处。

1.4 管道铺设

压力管线所处地区，最大冻土深度为0.93 m。为保证输水管线的安全，满足其正常工作的要求，将输水管线埋置于冻土深度以下，并且考虑管道多数均为沿河槽、河滩布置，根据冲刷计算成果最终确定管线的管顶覆土厚度，汾河河道段不小于3.3 m、其它河沟段不小于2.6 m。其中汾河穿主河槽段管顶以上1.5 m处铺设厚1 m的铅丝石笼，管中心上游侧8 m，下游侧15 m，下游侧末端设浆砌石挡墙防止淘刷。顺主河槽管道铺设段若管沟坡顶距离汾河主河槽不足10 m，主河槽临管道侧边坡设厚1 m的铅丝石笼防护，坡顶铅丝石笼水平段铺设宽度为2.0 m。

输水管线大部分随地势铺设，管道基槽底宽为1.25～2.0 m，开挖边坡1∶0.75～1∶1。土基段铺设碎石垫层厚15 cm。管道铺设完成后，管道四周要求回填细料土，管顶以上细料土厚度不小于1.0 m，之上可直接采用开挖土料回填。岩基段边坡为1∶0.3，开挖找平厚铺设碎石垫层厚30 cm。其余回填料要求同土基段。

表4 管道穿越段河道冲刷深度单位：m

1.5 管道穿河段设计

在穿越河流时，可采用河底穿越和河面跨越两种方式。考虑到本工程跨越河流的管道管径较大，且露天架空管道在冬天时节须考虑冰冻的可能性，本阶段暂不考虑架空穿越河流的方案，而采用倒虹吸方式从河道穿越主河槽。

1.6 分水口下游管道及调蓄池布设

供水管线在规划各用水户位置时，只预留分水口和分水阀，自分水口至用水户厂区的供水管道由用水户自行建设完成。

按照《室外给水设计规范》（GB 50013-2006），采用单管输水方式时，需要在供水管道末端设调蓄池，以保证管道发生事故时的供水要求，一般按7 d事故的供水量（70%）考虑调蓄池容量。

供水终端调蓄池由用户根据自身生产生活用水调节情况自行修建。

2 附属建筑物设计

为满足供水管道的安全、控制、检修和自动化管理，压力管道沿线共设置1座加压泵站、1座控制阀室、4座分水阀井、15座检修阀室、12座流量计井、24座排水阀井和32座空气阀井。

2.1 控制阀室

控制阀室设在两渡加压泵站前池进水管末端，阀室内设活塞式调节阀，来控制阀后供水流量和消减多余水头。

控制阀室下部采用矩形C 25钢筋混凝土结构，平面尺寸为12 m×8 m，下部深为4.0 m，底板厚度为0.8 m，壁厚度为0.6 m；上部为砖混结构，高度为7.1 m，砖墙厚0.37 m，屋面板为现浇C 25钢筋混凝土，厚度0.2 m。阀室内设有安装检修间平面尺寸为4 m×8 m，板厚0.15 m，支撑结构采用梁柱，柱尺寸为0.4m×0.4m×3.2m，主梁尺寸为0.4m×0.6m×8.0m，次梁尺寸为0.4m×0.6m×4.0 m。室内设5 t吊车梁一台。