引水工程设计论文
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1.1管材选择及连接方式
根据本工程特点，输水管材采用PE管材，管径壁厚比SDR13.6，最大内压力1.25MPa。根据该管材的特性及类似工程的使用情况，该类型完全符合本工程的设计需要，采用管径壁厚比SDR13.6，最大内压力1.25MPa的PE管做为本工程的输水管管材。PE管的连接方式采用热熔对接。采用重力输水方式，在水库常年运行水位下，输水管作用水头为70m。循环经济园区要求水头不小于20m，经计算De450、De500的管径均满足设计要求，以投资较少的原则，本工程选取De450的PE100管道。
1.2输水管结构复核
通过计算确定管径后，要进行详细的输水管结构复核。1)采用《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》(CJJ101－2004)，可得水锤压力的计算公式:P=vaga=1rwg(1k+cEpdien槡)式中:Ep为管材的弹性模量，可取900MPa(20℃);c为管端固定度，可取值0.75～0.10。本设计取0.8;k为水的体积模量，取2200MPa;rw为水的重力密度，取10kN/m3;v为取平均流速，即1.30m/s;g为重力加速度，取9.81m/s2。计算结果:因为管道标准尺寸比SDR取13.6，所以di/en=(dn－2en)/en=13.6－2=11.6。2)设计管道内压力P设计的计算采用《埋地聚乙烯烯给水管道工程技术规程》(CJJ101－2004)，公式如下:P=γh式中:P为管道的内水压力;γ为水的容重，一般取9.81kN/m3;h为测压管水头;测压管水头最大值为hmax=校核洪水位－管道末端高程－管道总水头损失，由以上材料值校核洪水位为173.53m，管道末端高程为97.31m，DN450的总水头损失为35.46，所以hmax为40.76m。pmax=9.81×40.63=0.400MPa，管道设计压力等于管道内最大瞬时压力与水锤压力之和，P设计=pmax+p水锤=0.793≤1.2MPa。本次所选管材满足最大管道内压力。3)聚乙烯管道的结构计算。根据《埋地聚乙烯烯给水管道工程技术规程》(CJJ101－2004)可知，聚乙烯管道结构的强度计算应采用下列极限计算表达式:γ0S≤R式中:γ0为管道的重要性系数;S为设计内水压力作用下，作用效应的组合值;R为管道结构的抗力强度设计值，是管道在水温20℃，50年长期承受内水压力下环向抗拉强度的最低保证值，由厂家提供。环向抗力强度应满足下列公式:γ0σθ≤γotfσθ=γQFwdD02t式中:σθ为设计内水压力作用下管壁环向应力设计值;γot为聚乙烯管材抗力分项系数;Fwd为管道设计内水压力的标准值，N/mm2，应采取管道工作压力的1.5倍计算;D0为管道的计算直径;t为管道的计算厚度为33，mm;γQ为设计内水压力的作用分项系数，γQ=1.2。计算结果:Fwd应采取管道工作压力的1.5倍计算，管道的工作压力为0.400MPa，则Fwd=0.600MPaf为管材环向长期抗拉强度标准值，按下列数值确定:对PE80级管，f=8N/mm2;对PE100级管，f=10N/mm2;取不利条件下(即40℃)时γot=0.71，采用PE100级管γotf=7.1γ0σθ=1.1×4.53=4.98＜γotf=7.1满足要求。聚乙烯管材抗力分项系数γot可根据不同水温温度确定，见表2。
1.3首部设计
输水管起点为白河水库发电站废弃的1#机组的闸阀，发电隧洞为DN1200mm的混凝土管，长68m，进口高程为159.15m，出口高程为157.85m，后接调压井，调压井井径130cm，出口为直径1m的混凝土管，高程为161.05，接DN1000闸阀控制，变径D1000×1600至发电机组。本次设计为拆除1#发电机组，变径改成DN1000×DN450的直径，后接21m的钢管，穿墙过一干渠，建阀门井控制，一干渠的正常水位161.30m，考虑0.05m的超高，管道的底部高程为161.35m。
1.4输水管配套建筑物
输水管首起白河水库发电站1#机组的闸阀，末端至某化工集团循环经济园区，全程约10.1km。由于输水距离较长，在管路上设置检修、控制装置，主要包括安全检修用的检修阀、排空阀、排气阀等，以及用于控制流量的流量计等，均放在井内。为保证管道输水的安全运行，在输水管道的隆起点(局部高点)以及管线竖向布置平缓段，每间隔800～1000m左右设进排气阀一处，本工程共设置的检修井17座，每座阀井内设置1台排气阀和1台蝶阀。在输水管段的低处(局部低点)设泄水阀，以满足管道排水和管道检修排水需要，本工程共设置泄水阀9处，每处设1座泄水阀井。
2结语
引水工程中，输水管线的线路布置、管材选择、管径确定、配套建筑物以及输水管的结构复核等方面的工作至关重要，决定了工程设计的科学性和可行性。同时，也可以确保工程建成后顺利实施，工程效益得以体现。
作者：苏晓星 单位：宜昌市水利水电勘察设计院