本文是水利工程論文，發表在《水電站設計》上，辦刊宗旨：貫徹理論和實際相結合的方針，結合工程實踐，總結交流經驗，促進技術進步，提高大中型水電站的設計、科研和建設水平，推動我國水電事業的不斷發展。主要讀者對象為從事水電工程規劃、勘測、設計、施工、管理、監理、科研、試驗研究、水利水電環境及與水電相關學科的工程技術人員、大專院校師生。

　　隨著哈密新型工業化的快速推進和經濟社會的快速發展，水資源的需求矛盾日益突出，再生水的利用、長距離的輸水都是解決水資源供需矛盾的有效辦法。著重從輸水管道管材的選擇、管材工作壓力的確定、鋼管壁厚的確定、管道溝槽設計以及管線主要建筑物設計等方面，論述長距離重力輸水工程的設計要點，可為類似工程提供一些經驗和參考。

　　關鍵詞：長距離,重力輸水,再生水,輸水管道設計,水利工程論文

　　1工程概況

　　哈密南部工業再生水供水工程位于哈密市以南，哈密天山南坡山前沖洪積平原下部至哈密盆地中部地帶，工程起點為哈密市污水處理廠，終點為南湖礦區分水廠，管道全長43 km。建設主要任務是解決大南湖礦區水資源供需矛盾，滿足疆電東送各煤電化基地用水需求。供水工程主要解決國網電廠、國電電廠、魯能電廠、國投電廠和金盛鎂業等工業用水，年供水量1 065萬m3，工程規模為中型。管道起點高程為716 m，末端高程為558 m，首末端落差158 m，全線采用重力輸水方式。

　　工程區沿線地貌類型由北向南包含有沖、洪積平原下部，剝蝕準平原和剝蝕殘山等，主要為沖、洪積砂土、粉土、粉質黏土及黏土。工程區地震動峰值加速度為005 g，對應的地震烈度Ⅵ度。

　　2水源工程

　　隨著“疆電外送”“疆煤外運”戰略的深入實施，哈密地區作為“煤都、風庫、光谷、樞紐”和“疆電外送”“疆煤外運”的橋頭堡，具有顯著的資源優勢和區位優勢，哈密正處在新型工業化快速推進的關鍵階段和經濟社會加快發展的重要時期，但哈密屬于典型的大陸性干旱和半干旱地區，水資源極度短缺，現已成為哈密地區經濟社會可持續發展的瓶頸。為解決水資源短缺問題，本地區水行政部門提出了利用再生水方案，建設哈密市污水處理廠和再生水供水工程。

　　哈密市污水處理廠水源主要為哈密市區生活和工業污水。現狀情況污水年處理量1 200萬m3，目前已經完成污水深度處理設施5萬t水質標準可以達到國家一級A，完全滿足工業用水要求。預測到2020年，哈密市污水處理廠可處理水量1 500萬m3。

　　3管材的選擇

　　在長距離輸水工程中，管材的選擇一般要根據工程的規模，管道的工作壓力，輸水距離的長短，工程的進度與重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地質等情況，進行技術、經濟、安全等方面論證綜合比較后確定。本工程選用了涂塑復合鋼管和玻璃鋼管兩種管材組合形式。

　　涂塑復合鋼管具有使用壽命長，承壓能力高，運行安全等級高，運行成本低等優點;缺點是管道價格略高。玻璃鋼管具有優良的耐腐蝕性能，管道價格低廉節省工程造價等優點;缺點是主要適用于中低壓供水。結合以上管材的優缺點和本工程特點，在污水處理廠至6+000段考慮該段管道為主管道首端，位置處在穿越農業種植耕地，故選擇涂塑鋼管;6+000至14+830段穿越重工業園區，此段地形落差小，到管道首端僅為86 m，選擇玻璃鋼管;14+830至43+000段地形呈倒虹吸，地形最低處距管道首端落差195 m，并且在18+900至18+963段穿越哈密市東河壩，所以此段選擇涂塑鋼管。

　　4輸水管道設計

　　4.1沿程水頭損失計算

　　依據《室外給排水設計規范》GB 50013-2006輸配水管道、管網水力平差計算公式進行計算，公式如下：

　　hf=10.67[SX(]q1.852L[]C1.852hd4.87j[SX)](1)

　　式中： L為管長(m);dj為管道內徑(m);q為設計流量(m3/s);Ch為海曾-威廉系數，可查《室外給排水設計規范》條文說明。

　　局部水頭損失依據管道的鋪設情況，可取到沿程水頭損失的5%～10%。結合本工程的具體情況，局部水頭損失取到沿程水頭損失的10%。

　　4.2管材工作壓力的確定

　　依據《城鎮供水長距離輸水管(渠)道工程技術規程》CECS 193-2005壓力輸水管道的工稱壓力應根據最大使用壓力確定，其值應為最大使用壓力加02～04 MPa安全余量，輸水管道的最大使用壓力應經過水錘計算決定。水錘防護設計應保證管道最大水錘壓力不超過13～15倍最大工作壓力。故管材工稱壓力的確定為：管材工作壓力=15×設計靜水壓力+02 MPa。

　　4.3鋼管壁厚的確定

　　鋼管管壁厚度的估算按鍋爐公式計算：

　　σθ=[SX(]P0r[]t0[SX)](2)

　　式中：t0為鋼管(管襯)管壁計算厚度(mm);r為鋼管(管襯)內半徑(mm);P0為徑向均布壓力(N/mm2)。

　　[σ]為鋼材允許應力，[σ]=235 N/mm2

　　бθ=055[σ]=12925 N/mm2(3)

　　4.4輸水管道溝槽設計

　　輸水管溝橫斷面設計，管道溝槽底部的開挖寬度，按下式計算：

　　B=D1+2(b1+b2+b3)(4)

　　式中：B為管道溝槽底部的開挖寬度(mm);D1為管道結構的外緣寬度(mm);b1為管道一側的工作面寬度(mm);b2為管道一側的支撐厚度(mm)，可取150～200 mm;b3為現場澆筑混凝土或鋼盤混凝土管渠一側模板的厚度(mm)。

　　管溝開挖深度大于挖掘機最大挖深時，溝槽分層開挖，開挖斷面一側設置機械操作平臺。開挖邊坡根據地層巖性確定，巖石段開挖邊坡1∶03，砂礫石、碎石土及黏土開挖邊坡1∶05。輸水管溝縱斷面設計，首先滿足凍土深要求，盡量順原地形開挖管溝，在局部凸起處進行坡度調整，使管道平順。

　　5管線主要建筑物設計

　　輸水管道上配套主要建筑物形式有：調節池、閘閥井、自動進排氣閥井、管道穿越建筑物、鎮墩等建筑物型式。

　　5.1調節池設計

　　在污水處理廠外管道首端設置調節池，本工程年供水量為1 225萬m3，根據《室外給排水設計規范》GB 50013-2006，調節池容積按照最高日設計水量的10%～20%確定，供水天數按300 d計算，日供水量為40 833 m3/d，則調節池容積確定為8 000 m3。新建的兩座4 000 m3調節池采用并聯方式，調節池之間采用DN 720(t=6 mm)涂塑鋼管相連，連接管上設置蝶閥控制。4 000 m3的調節池為方形池，為鋼筋砼結構。

　　5.2閘閥流量計井設計

　　為控制首端引水流量和各工況企業分水口的分水流量，采用調節閘閥來控制流量的方法，同時設置電磁流量計，以方便控制閘閥開度。為確保流量計的流量傳感器在測量時，管道中充滿水，不能出現非滿管狀態，將管道布置為虹吸管，為保證測量的穩定性，應在傳感器的前后設置一定長度的直管段。

　　5.3自動進排氣閥井設計

　　因輸水距離長，管道設計時，在坡度小于1‰時，宜每隔05～10 km設置自動進排氣閥。一般情況下每隔10 km左右設置自動進排氣閥。自動進排氣閥的設置位置，根據輸水管道的縱向布置確定，本工程在管道系統首部、駝峰處、管道朝水流方向下折超過5°的變坡處均設置自動進排氣閥，再經管道水錘防護計算對自動進排氣閥的設置位置進行了復核，保證了管道安全運行。進排氣閥的口徑宜取輸水管道直徑的1/8～1/5。本工程全線共設置45座自動進排氣閥。

　　5.3檢修閥井、放空閥井

　　根據《城鎮供水長距離輸水管(渠)道工程技術規程》 CECS 193-2005，在一定長度的輸水管道中應設置檢修閥門。檢修閥門的間距根據管路復雜情況、管材強度、事故預期概率以及事故排水難易等情況確定，每 5～10 km設置一處。結合本工程特點，在管線穿越鐵路和哈密市東河壩處均設置了檢修閥，全線共設置9座檢修閥。

　　在管道低洼處設置放空閥井，同時還要考慮管道排空是否有泄水通道的問題，全線共設置9座放空閥井。

　　5.4交叉建筑物設計

　　管道沿線穿越東河壩1處，樁號為18+897至18+962，長度為65 m，河床水面線寬度為5 m。管底以下15 m深度換填砂礫石料，底寬3 m，邊坡1∶125，每30 m設一塊混凝土墊塊，墊塊尺寸600×300×150，管頂以上覆蓋砂礫石至原河床高程，輸水管道埋深大于當地凍土深。

　　管道沿線共穿越土路8處，穿越公路4處。管線穿越土路采用管溝開挖后鋪設管道方式，穿土路段采取鋼套管保護的措施進行處理。供水管線穿越柏油公路，施工方法采用頂管法。