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摘要：随着社会经济不断发展、生活水平不断提高，城市供水量逐年增加，管网增长速度迅速．这对城市供水设施建设水平和各种管材的推广应用、使用水平提出了更高的要求。因此，合理选用技术先进、经济、运行可靠的输水管材对当今城市的建设和发展具有非常重要的意义。本文对长距离输水管道设计进行了探讨。
关键词：长距离；输水管道；设计
中图分类号：S611 文献标识码： A
一、管材选择
长距离输水管道首先要考虑投资的收益率，受复杂地形的限制并且需要满足各种运行工况。这就要求选择的管材有较高的可靠性和较好的经济性，根据国内外很多工程的了解对比，最近一段时期长距离输水管道工程采用较多的管道有钢管、预应力钢筒混凝土管、球墨铸铁管、夹砂玻璃钢管等非金属管材。
1、钢管
糙率一般为0.011-0.014。优点：管道衔接型式较多可采用承插、法兰、焊接；可在复杂地形、高内压及不同管材连接处使用；抗内外压能力较强；有较可靠的供水能力。缺点：需要进行防腐处理；使用年限较短一般为２５年；并且价格较高。
2、预应力钢筋混凝土管（PCCP）
管道单节长度一般为5-6ｍ，糙率一般为0.0115-0.0125。优点：管道接头密封采用承插口，双胶圈，抗渗好；一般不需要防腐；抗内外压较好；使用年限较长大于50年；有较可靠的供水能力。缺点：管道接头密封处容易脱落；管件与接口处容易生锈；多在管径大于1.2m时使用，口径小于ＤＮ1200mm时价格相对较高。
3、球墨铸铁管（DIP）
管道单节长度一般为6-8.15ｍ，糙率一般为0.011。优点：管道采用柔性接口抗沉陷能力较强；接头密封采用承插口，单胶圈，抗渗好；抗内外压较好；防腐比较简单；使用年限一般为30-40年；有较可靠的供水能力。缺点：多在管径小于1.2m时使用，口径大于DN1200ｍｍ时价格相对较高。
4、夹砂玻璃钢管（FRPM）
管道单节长度一般为6-12ｍ，糙率一般为0.009。优点：管道密封分柔性、刚性接头，抗渗性较好；糙率系数较小；防腐能力较强；比较环保满足各种水质要求；使用年限较长一般为50年；管径较小且压力不大时，有价格优势。缺点：抗内外压能力都一般；对管道基础及两侧回填土要求都比较高；管材比较脆弱。
二、长距离输水管道管径的选择
1、长距离输水管道投资占输水工程的绝大比重，管径增大，管道一次性投资增大，管路阻力减小，可降低电耗量与年运行费用，相反管径减小，可降低管道一次性投资，但管路阻力增大，年耗电量及年运行费增加。因此如何确定一个合理的管径，是长距离输水管道设计中的一项十分重要的工作。
2、确定经济管径的方法可采用费用现值最小法。假设不同的管径，计算出管道的一次性投资，然后根据供水流量、管长、管径、管材计算净扬程，再由净扬程、流量等计算装机容量，从而计算年运行费，按费率和年限折现，求出费用现值，其中最小费用现值对应的管径即为经济管径。
3、现以下列实例计算如下：供水流量500m3/h，全年供水，单根管道，输水距离分别为5Km、10Km及15Km，进出口水头差及出口压力值共计0.15MPa，管材为球墨铸铁管，糙率系数n=0.013，折现率i=6%，折现年限N=30a，折现系数13.76。
4、管径为经济管径。通过上表的计算分析，不仅可选择其经济管径，并随输水距离增长和管径减少，费用现值增长较快。因此长距离输水管道宜根据工作压力选择较大管径，减少管路阻力，降低年运行费，使费用现值最小。
三、管线纵横断面设计
1、管线选择
管线布置原则：①线路尽量选择直线减少转弯，尽可能的缩短管道长度，尽量少穿河道及道路等障碍物，以便节省投资方便施工。若实在避不开必须保证管道上有足够的覆盖层。②尽量减少管道的高低起伏，可减少排气阀的设置，保证管道更稳定可靠的运行。③尽量避开不良地质构造区，尽量沿道路布置，可利用原有道路，更快更好的施工。④尽量避开城区及人口密集区，减少拆迁及少占农田，避开自然保护区，保护生态环境。⑤当管线穿越铁路及公路时其设计必须符合相关行业标准，并经所属部门审批后在保证交叉建筑物安全的前提下方可施工。
2、沟槽开挖及管道埋深
管道的开挖最小宽度必须满足管道的铺设安装要求，线路尽量选择挖方断面，少采用填方断面，在参考国内外很多工程中发现管道在填方断面段容易出现不均匀沉陷等问题，情节较轻时，管道会出現渗漏现象，情节严重时，会造成管道断裂，影响工程正常供水。
管道的埋设深度，应根据冰冻情况、外部荷载、管材强度及与其他管道交叉等因素确定。管道的埋深一般不小于1.5m。为保证供水管线稳定可靠的正常运行，将引水管线埋置于冰冻线以下，确定管线的管顶覆土厚度为：在穿越一般道路、村庄、台地、苗圃、耕地时不小于1.5m，其余管段管顶覆土深度根据设计要求确定。
3、地基处理与管道敷设
沟槽开挖后，根据不同的地质情况，可分别采用夯实、换填、砂桩、搅拌桩等处理方式。管道在遇见湿陷性黄土地基段时均采用换基处理，换填基础采用3:7灰土较多，压实度要求不小于95%。
管道敷设安装完毕后，应先打压试验，试验满足规范要求时，才能沟槽回填。沟槽回填时首先用回填材料将管道两侧拱腋下均匀回填，然后管子两侧同时进行对称分层夯实，回填至设计埋深，干密度不低于1.5g/cm。
四、管道附属建筑物设计
根据管线布置，结合地形情况，在管道沿线设置检修阀井、排水阀、空气阀井、检修阀、流量计井、镇墩等设施为便于管理各阀门，阀门均放置于阀门井内。
1、检修阀井
为了能在管道发生事故时分段进行检修，加快清淤和检修速度，减少弃水损失，结合引水运行管理和事故检修排水及地形条件等因素，需要布设检修阀井。检修阀井一般布置在管道的起点、末端、分水口及穿越河道、铁路、公路段，或根据业主管理有特殊要求的管道段。当管径较小且在地下水位以上时，检修阀井可采用砌砖结构，结构简单且容易施工；当管径较大或在地下水位以下时，检修阀井最好采用钢筋混凝土结构。
2、排水阀井
为便于管道检修或发生事故后在较短的时间内排出管道内存水并将管内沉淀杂物、泥沙冲刷干净，结合检修时间要求，将排水阀井布置在管道底凹处或检修阀井之前。排水阀井一般由干井和湿井两部分组成，干井内布置排水阀，湿井留有排水管出口，再由抢险车上水泵将湿井内水尽快排出。排水井在排水时，井内需要过水，排水井有防渗要求，结构型式多采用钢筋混凝土结构。
3、空气阀井
设置空气阀井的目的是为了管道内聚集的气体能及时排出，不使管道发生气阻现象，在管道充水时排出管中的气体，放空水时及时补气，正常运行时排除水中所携带的微量气泡。当管道纵段高低起伏时，在管道的沿线凸处需要布置空气阀井；当管道纵段为某一个较小坡度，且较长一段没有高低起伏时，每800m左右至少布置一处空气阀井。国内外很多工程在运行中出现爆管现象，大部分由于空气阀井布置不合理。
4、流量计井
为了能够准确观测管道内水流流量变化情况，为了工程更好的管理，一般在管道的起点、末端、分水口处布置流量计井，每个流量计井中配备一个流量计。
5、管道镇墩
在输水管线平面及垂直拐弯处，为确保管节间不脱开，设计中对大于、等于４°的弯头设c15钢筋混凝土镇墩；对于小于４°的转角采用化整为零的方法利用接头偏转来解决，不再设支墩。
结束语
在长距离输水管道设计中，管道投资占输水工程的绝大比重，正确选择管道路由、合适的管材，对长距离调水工程设计的经济合理性具有至关重要的意义。
参考文献
[1]《给水钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管管道工程技术规程》CECS181-2005
[2]《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008
关键词：长距离；输水管道；设计
中图分类号：S611 文献标识码： A
一、管材选择
长距离输水管道首先要考虑投资的收益率，受复杂地形的限制并且需要满足各种运行工况。这就要求选择的管材有较高的可靠性和较好的经济性，根据国内外很多工程的了解对比，最近一段时期长距离输水管道工程采用较多的管道有钢管、预应力钢筒混凝土管、球墨铸铁管、夹砂玻璃钢管等非金属管材。
1、钢管
糙率一般为0.011-0.014。优点：管道衔接型式较多可采用承插、法兰、焊接；可在复杂地形、高内压及不同管材连接处使用；抗内外压能力较强；有较可靠的供水能力。缺点：需要进行防腐处理；使用年限较短一般为２５年；并且价格较高。
2、预应力钢筋混凝土管（PCCP）
管道单节长度一般为5-6ｍ，糙率一般为0.0115-0.0125。优点：管道接头密封采用承插口，双胶圈，抗渗好；一般不需要防腐；抗内外压较好；使用年限较长大于50年；有较可靠的供水能力。缺点：管道接头密封处容易脱落；管件与接口处容易生锈；多在管径大于1.2m时使用，口径小于ＤＮ1200mm时价格相对较高。
3、球墨铸铁管（DIP）
管道单节长度一般为6-8.15ｍ，糙率一般为0.011。优点：管道采用柔性接口抗沉陷能力较强；接头密封采用承插口，单胶圈，抗渗好；抗内外压较好；防腐比较简单；使用年限一般为30-40年；有较可靠的供水能力。缺点：多在管径小于1.2m时使用，口径大于DN1200ｍｍ时价格相对较高。
4、夹砂玻璃钢管（FRPM）
管道单节长度一般为6-12ｍ，糙率一般为0.009。优点：管道密封分柔性、刚性接头，抗渗性较好；糙率系数较小；防腐能力较强；比较环保满足各种水质要求；使用年限较长一般为50年；管径较小且压力不大时，有价格优势。缺点：抗内外压能力都一般；对管道基础及两侧回填土要求都比较高；管材比较脆弱。
二、长距离输水管道管径的选择
1、长距离输水管道投资占输水工程的绝大比重，管径增大，管道一次性投资增大，管路阻力减小，可降低电耗量与年运行费用，相反管径减小，可降低管道一次性投资，但管路阻力增大，年耗电量及年运行费增加。因此如何确定一个合理的管径，是长距离输水管道设计中的一项十分重要的工作。
2、确定经济管径的方法可采用费用现值最小法。假设不同的管径，计算出管道的一次性投资，然后根据供水流量、管长、管径、管材计算净扬程，再由净扬程、流量等计算装机容量，从而计算年运行费，按费率和年限折现，求出费用现值，其中最小费用现值对应的管径即为经济管径。
3、现以下列实例计算如下：供水流量500m3/h，全年供水，单根管道，输水距离分别为5Km、10Km及15Km，进出口水头差及出口压力值共计0.15MPa，管材为球墨铸铁管，糙率系数n=0.013，折现率i=6%，折现年限N=30a，折现系数13.76。
4、管径为经济管径。通过上表的计算分析，不仅可选择其经济管径，并随输水距离增长和管径减少，费用现值增长较快。因此长距离输水管道宜根据工作压力选择较大管径，减少管路阻力，降低年运行费，使费用现值最小。
三、管线纵横断面设计
1、管线选择
管线布置原则：①线路尽量选择直线减少转弯，尽可能的缩短管道长度，尽量少穿河道及道路等障碍物，以便节省投资方便施工。若实在避不开必须保证管道上有足够的覆盖层。②尽量减少管道的高低起伏，可减少排气阀的设置，保证管道更稳定可靠的运行。③尽量避开不良地质构造区，尽量沿道路布置，可利用原有道路，更快更好的施工。④尽量避开城区及人口密集区，减少拆迁及少占农田，避开自然保护区，保护生态环境。⑤当管线穿越铁路及公路时其设计必须符合相关行业标准，并经所属部门审批后在保证交叉建筑物安全的前提下方可施工。
2、沟槽开挖及管道埋深
管道的开挖最小宽度必须满足管道的铺设安装要求，线路尽量选择挖方断面，少采用填方断面，在参考国内外很多工程中发现管道在填方断面段容易出现不均匀沉陷等问题，情节较轻时，管道会出現渗漏现象，情节严重时，会造成管道断裂，影响工程正常供水。
管道的埋设深度，应根据冰冻情况、外部荷载、管材强度及与其他管道交叉等因素确定。管道的埋深一般不小于1.5m。为保证供水管线稳定可靠的正常运行，将引水管线埋置于冰冻线以下，确定管线的管顶覆土厚度为：在穿越一般道路、村庄、台地、苗圃、耕地时不小于1.5m，其余管段管顶覆土深度根据设计要求确定。
3、地基处理与管道敷设
沟槽开挖后，根据不同的地质情况，可分别采用夯实、换填、砂桩、搅拌桩等处理方式。管道在遇见湿陷性黄土地基段时均采用换基处理，换填基础采用3:7灰土较多，压实度要求不小于95%。
管道敷设安装完毕后，应先打压试验，试验满足规范要求时，才能沟槽回填。沟槽回填时首先用回填材料将管道两侧拱腋下均匀回填，然后管子两侧同时进行对称分层夯实，回填至设计埋深，干密度不低于1.5g/cm。
四、管道附属建筑物设计
根据管线布置，结合地形情况，在管道沿线设置检修阀井、排水阀、空气阀井、检修阀、流量计井、镇墩等设施为便于管理各阀门，阀门均放置于阀门井内。
1、检修阀井
为了能在管道发生事故时分段进行检修，加快清淤和检修速度，减少弃水损失，结合引水运行管理和事故检修排水及地形条件等因素，需要布设检修阀井。检修阀井一般布置在管道的起点、末端、分水口及穿越河道、铁路、公路段，或根据业主管理有特殊要求的管道段。当管径较小且在地下水位以上时，检修阀井可采用砌砖结构，结构简单且容易施工；当管径较大或在地下水位以下时，检修阀井最好采用钢筋混凝土结构。
2、排水阀井
为便于管道检修或发生事故后在较短的时间内排出管道内存水并将管内沉淀杂物、泥沙冲刷干净，结合检修时间要求，将排水阀井布置在管道底凹处或检修阀井之前。排水阀井一般由干井和湿井两部分组成，干井内布置排水阀，湿井留有排水管出口，再由抢险车上水泵将湿井内水尽快排出。排水井在排水时，井内需要过水，排水井有防渗要求，结构型式多采用钢筋混凝土结构。
3、空气阀井
设置空气阀井的目的是为了管道内聚集的气体能及时排出，不使管道发生气阻现象，在管道充水时排出管中的气体，放空水时及时补气，正常运行时排除水中所携带的微量气泡。当管道纵段高低起伏时，在管道的沿线凸处需要布置空气阀井；当管道纵段为某一个较小坡度，且较长一段没有高低起伏时，每800m左右至少布置一处空气阀井。国内外很多工程在运行中出现爆管现象，大部分由于空气阀井布置不合理。
4、流量计井
为了能够准确观测管道内水流流量变化情况，为了工程更好的管理，一般在管道的起点、末端、分水口处布置流量计井，每个流量计井中配备一个流量计。
5、管道镇墩
在输水管线平面及垂直拐弯处，为确保管节间不脱开，设计中对大于、等于４°的弯头设c15钢筋混凝土镇墩；对于小于４°的转角采用化整为零的方法利用接头偏转来解决，不再设支墩。
结束语
在长距离输水管道设计中，管道投资占输水工程的绝大比重，正确选择管道路由、合适的管材，对长距离调水工程设计的经济合理性具有至关重要的意义。
参考文献
[1]《给水钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管管道工程技术规程》CECS181-2005
[2]《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008