顶山144km玻璃钢供水管道工程设计总结(2)
导读:
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
顶山供程主要是为解决用水而专门兴建的,后期作为绿化用水而继续使用,其设计应根据用水的不均衡性、用户特点而确定供水规模。根据总体规划布置,顶山至三个泉区域按均衡生产日最高用水量见表1。
表1 顶山至三个泉区域日最高用水量统计表 序号 项目 桩号(km) 长度(km) 水量(m3/d) 备注 1 顶山隧洞区 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 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 5 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 153.013 4100
考虑工程的特点,及年有效利用时间,小时用水不均匀系数(或时变化系数),用水取K3=1.5,生活用水取K3=2.5;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384 m3/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 二级扬水方案 三级扬水方案[page]
一级 泵站 站点桩号 km 0+000 0+00 0+000 设计流量 m3/h 384 384 384 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 km 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 kw 37×1 160×1
三级 泵站 站点桩号 km 86+000 设计流量 m3/h 157.267 扬程 m 120.522 泵站功率 kw 90×1 总扬程 m 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 4670 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 5232 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~DN2502.3 管材比选
在输水和给程中,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。
目前在管道输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、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。 [page]
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。
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