《给水排水杂志》-2014年第03期(1)

书给水排水Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．３２０１４１水业导航长距离管道输水工程的安全性及水锤危害防护技术中国市政工程华北设计研究总院顾问总工陈湧城我国幅员广阔，水资源、人口分布和经济发展皆不均衡。改革开放以来经济发展迅速，人民生活水平的提高和城镇化建设加快使需水量骤增，使原本缺水的西北、华北、东北地区与经济发达的东南沿海地区水资源更加短缺，为了解决水资源短缺问题，目前已形成史无前例的长距离输（调）水高潮。已建成的知名大型长距离管道输水工程见表１。表１长距离管道输水工程名称规模管材，管径，长度工作压力／ＭＰａ哈尔滨磨盘山水库供水工程９０万ｍ３／ｄＰＣＣＰ，２×ＤＮ２２００，１７６．２ｋｍ０．６、０．８、１．０南水北调（中线）北京段供水工程自流２０ｍ３／ｓ加压提升５０ｍ３／ｓ加大流量６０ｍ３／ｓＰＣＣＰ，２×ＤＮ４０００，５６．４ｋｍ０．４、０．６、０．８辽宁大伙房水库输水工程一步３２７万ｍ３／ｄ二步５０４万ｍ３／ｄＰＣＣＰ，２×ＤＮ３２００，３２ｋｍ２×ＤＮ２４００，１２２．６ｋｍＲＰＭＰ，ＤＮ１８００、３１．７ｋｍＤＮ１４００、４５．４ｋｍ０．４、０．６广州西江供水工程近期２５０万ｍ３／ｄ远期３５０万ｍ３／ｄＰＣＣＰ，２×ＤＮ３６００，４６．６ｋｍＤＮ３２００，８．３９ｋｍＤＮ２４００，１２．８５ｋｍ２×ＤＮ２０００，２．６２ｋｍ０．４、０．６近期在建的长距离管道输水工程也很多，如南水北调（中线）输水工程河南省、河北省及京津地区配套工程，辽西北输水工程等。长距离管道输水工程基本以解决城市用水为主，其工程特点为规模大、距离长、管径大，工作压力为０．４～１．０ＭＰａ，主管材多选用预应力钢筒混凝土管（ＰＣ－ＣＰ）。为推动长距离管道输水工程健康发展，针对国内工程现状和长距离管道输水的特点，拟在保障工程安全，尤其在水锤危害防护技术方面进行探讨和研究。１输水工程水质、水量、水压的可靠性长距离管道输水工程应连续不断地向城镇供应符合《生活饮用水卫生标准》（ＧＢ５７４９—２００６）的水质，并满足用户需要的水量和压力，在管道事故期间需保证供水量不低于设计水量的７０％。供水系统采用多水源或工程设置了调蓄设施并能保证事故期间供水量达到设计水量７０％以上时，可采用单管；否则应采用２条以上输水管道，并应在管道之间设置连通管，保证在其中一条管道事故时，仅关闭事故段管道，管道系统供水量不低于设计水量７０％以上。设置连通管需增加投资，且大口径管道连通管配备的阀门操作困难，因此建成多水源供水系统是今后的发展方向。２管道设计内水压力合理取值管道承受的荷载种类很多，但最复杂、最重要的是合理地确定管道设计内水压力。国内外工程界在确定内水压力时，都要研究工作压力、瞬时（水锤）压力、试验压力，区别仅在荷载组合方式和荷载系数的取值方面不尽相同。工作压力是最基本的荷载，瞬时压力和试验压力的取值也往往与工作压力相关。（１）工作压力应根据工程设计水量、加大流量、小流量、事故供水量（重力流应考虑静水压）等各种可能出现的运行工况进行水力计算，绘制出管道的最大内水压力包络线，再结合管道纵向布置分段确定。（２）瞬时压力应在对输水工程采用了水锤防护措施情况下，进行非稳定流（暂态）水力过渡过程分析计算，选取瞬时压力为０．３～０．５倍工作压力和相应的水锤防护措施。（３）试验压力可根据有关管道施工验收规范的规定来选择。我国《给水排水管道结构设计规范》（ＧＢ５０３３２—２００２）规定以工作压力为基础，考虑和协调瞬时压力与试验压力，对工作压力增加一定富裕量来确定设计内水压力标准值。国外多采用分别列出工作压力、瞬时压力、试验压力，结构设计按照不同工况进行荷载组合。３预应力钢筒混凝土管（ＰＣＣＰ）关键技术研究ＰＣＣＰ已成为国内长距离输水工程的主管材，现国内制管厂家颇多，设计执行标准不统一。３．１ＰＣＣＰ设计、制造验收标准的采用我国在２０世纪８０年代中期由美国引进ＰＣＣＰ制管技术和设备，设计采用《预应力钢筒混凝土压力管设计标准》（ＡＮＳＩ／ＡＷＷＡＣ３０４），产品采用《预应力钢筒混凝土压力管》（ＡＮＳＩ／ＡＷＷＡＣ３０１）标准制造。２００２年国内制定中国工程建设标准化协会标准《给水排水埋地管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》（ＣＥＣＳ１４０：２００２），又在２０１１年修定为《给水排水工程埋地预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》（ＣＥＣＳ１４０：DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2014.0001２给水排水Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．３２０１４２０１１）。另外行业标准《城镇给水预应力钢筒混凝土管管道工程技术规程》已完成报批稿。《预应力钢筒混凝土管》（ＧＢ／Ｔ１９６８５）产品标准也在２００５年颁布，已被普遍采用。ＰＣＣＰ设计标准的采用现有三种方式：第一种方式仍沿用Ａ