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長(zhǎng)距離輸水管道運(yùn)營(yíng)安全防護(hù)措施分析

文檔作者：周新民，李波，劉添俊文檔來(lái)源： 1．廣州市河涌管理處 2．廣州市市政集團(tuán)有限公司市政工程技術(shù)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月30日
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管線工程器
Pipeline Engineering
長(zhǎng)距離輸水管道運(yùn)營(yíng)安全防護(hù)措施分析
周新民 ，李波 ，劉添俊
(1．廣州市河涌管理處，廣東廣州 510640；2．廣州市市政集團(tuán)有限公司市政工程技術(shù)研究院，廣東廣州 510060)
摘 要：結(jié)合廣州市3條河涌聯(lián)合補(bǔ)水工程，分析了長(zhǎng)距離輸水管道的工作特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)，并根據(jù)工程特點(diǎn)提出了安
全防護(hù)措施。重點(diǎn)論述了停泵水錘的防護(hù)措施、穿越重要交通節(jié)點(diǎn)的管道安全防護(hù)措施、建立完善的監(jiān)測(cè)體系以及汛期
管線維護(hù)等問(wèn)題，為類似工程提供參考。
關(guān)鍵詞：輸水管道；長(zhǎng)距離；輸水管道；安全防護(hù)措施；廣州
中圖分類號(hào)：TV 672．2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1009—7767(2012)04—0089—03
Analysis on Operational Security M easures of Long Distance
W ater Supply Pipeline
Zhou Xinmin，Li Bo，Liu Tianjan
眾所周知，我國(guó)是水資源缺乏的國(guó)家，由于水資
源在時(shí)間和空間上分布不均勻，加劇了水供需矛盾?。
隨著城市化進(jìn)程的加快，社會(huì)的發(fā)展和居民生活水平
的提高以及人口增多，環(huán)境污染，一方面城市對(duì)水資
源的需求不斷增長(zhǎng)；另一方面，可利用的水資源不斷
減少，這使得城市水資源短缺的危機(jī)日益顯著。無(wú)論
是何種類型的缺水．最直接的解決途徑是修建遠(yuǎn)距離
跨流域調(diào)水等輸水系統(tǒng)工程。這類輸水系統(tǒng)的主要目
標(biāo)是解決地區(qū)間的水資源分配嚴(yán)重不平衡的現(xiàn)狀，從
而實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。以南水北調(diào)工程為顯著標(biāo)
志的跨流域調(diào)水、遠(yuǎn)距離輸水工程越來(lái)越多，其管線
往往受到多種因素的影響，呈現(xiàn)出起伏變化復(fù)雜的顯
著特點(diǎn)。在日常運(yùn)行中，盡管采取了許多措施，但各種
水錘事故仍然時(shí)有發(fā)生．比較常見(jiàn)的是停泵水錘，使輸
水系統(tǒng)出現(xiàn)水柱分離、斷流彌合的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象引起
的強(qiáng)大水力沖擊．嚴(yán)重威脅著整個(gè)輸水系統(tǒng)的安全運(yùn)
行。管道在運(yùn)行期間對(duì)沿線周圍的敏感建筑物(地鐵、
橋梁、市政主干道、居民區(qū)等)也有一定的影響，如果
存在管理盲點(diǎn)。安全機(jī)制不健全，勢(shì)必存在重大的安
全隱患，對(duì)社會(huì)安定造成嚴(yán)重威脅。因此，必須針對(duì)長(zhǎng)
距離輸水管道的運(yùn)行特點(diǎn)，采取必要的安全防護(hù)措施
以保障整個(gè)輸水管道的正常運(yùn)行。筆者結(jié)合工程實(shí)例，
對(duì)長(zhǎng)距離輸水管道運(yùn)營(yíng)中的安全防護(hù)措施進(jìn)行研討。
1 工程概況
廣州市3條河涌聯(lián)合補(bǔ)水工程(簡(jiǎn)稱“三涌補(bǔ)水”
工程)在珠江前航道邊新建一級(jí)泵站(東圃泵站)，抽
取前航道潮水，管線沿東環(huán)高速公路東側(cè)一車坡涌北
側(cè)_+華南快速公路東側(cè)，將珠江水提升至長(zhǎng)溢村長(zhǎng)虹
苗圃處調(diào)蓄池。沿線穿過(guò)黃埔大道、中山大道、廣深鐵
路、廣園快速路、廣氮立交等重要節(jié)點(diǎn)。并在調(diào)蓄池處
新建二級(jí)泵站(長(zhǎng)虹泵站)抽取調(diào)蓄池水，采用埋管方
式分別為2條河涌補(bǔ)水：1)經(jīng)化學(xué)研究所一長(zhǎng)滋村一
廣汕路一元崗村一南華路一五十鈴客車廠一沙河涌；
2)經(jīng)華南快速路東側(cè)鋪道(接五山路)一鳳陽(yáng)路一華
農(nóng)內(nèi)湖一華工內(nèi)湖一獵德涌。同時(shí)，采用重力流埋管為
流經(jīng)調(diào)蓄池邊的車坡涌補(bǔ)水。
“三涌補(bǔ)水”工程分4期實(shí)施：一期為東圃泵站。
二期為環(huán)城干線管道(單管，管材為DN1 800預(yù)應(yīng)力鋼
筒混凝土管，總長(zhǎng)9 553 m，工作壓力1．0 MPa，輸送水流
量5．775 m3／s)。三期為調(diào)蓄池及其水質(zhì)處理設(shè)施、長(zhǎng)虹
泵站、車坡涌引水管。四期為沙河涌、獵德涌2條支線管
道(沙河涌支線管采用雙管，管材為DN1 400mm預(yù)應(yīng)力
鋼筒混凝土管。單管長(zhǎng)度4 044 m，常流水流量4．2 m ；
獵德涌支線管采用單管，管材為DN800 mm預(yù)應(yīng)力鋼
筒混凝土管，單管長(zhǎng)度3 764 In，常流水流量1．2 m3／s)。
該工程為廣州市大型重點(diǎn)水利工程。施工及服務(wù)
2012-~$4期(7一)第3o卷辛葒技術(shù)89
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
器管線工程
Pipeline Engineering
范圍在城市中心區(qū)，工程結(jié)構(gòu)類型與涉及學(xué)科專業(yè)眾
多，且沿線有諸多的敏感構(gòu)造物和大型居住小區(qū)，導(dǎo)致
管道系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)技術(shù)復(fù)雜、安全防護(hù)難度大。
該工程具有以下特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)：
1)管線上設(shè)有各種類型的閥門(蝶閥、排氣閥、排
泥閥、閘閥等)數(shù)十個(gè)。水泵與閥門開(kāi)關(guān)較為頻繁，使得
管道系統(tǒng)內(nèi)部的水利過(guò)渡過(guò)程十分復(fù)雜。
2)補(bǔ)水工程輸水管道所經(jīng)地質(zhì)條件復(fù)雜，土層分
布極不均勻，拐角多，穿越湖泊、道路較多，尤其是穿
越幾條交通干線的重要節(jié)點(diǎn)。
3)管道沿線有諸多的敏感建筑物和大型居住小區(qū)，
在運(yùn)行過(guò)程中管線與其相互影響。
2 維護(hù)輸水管道運(yùn)行的安全措施
2009年6月．廣州“三涌補(bǔ)水”工程完工正式輸水
運(yùn)行。運(yùn)行3年來(lái)，未出現(xiàn)爆管事故。輸水管線運(yùn)行情
況良好。事實(shí)說(shuō)明，做好輸水管線的管理與維護(hù)工作，
是確保“三涌補(bǔ)水”工程安全運(yùn)行、正常供水的關(guān)鍵。
筆者結(jié)合該工程管理經(jīng)驗(yàn)，就長(zhǎng)距離輸水管道運(yùn)行維
護(hù)的安全防護(hù)措施進(jìn)行探討。
2．1 停泵水錘的防護(hù)措施
停泵水錘是由于泵站工作人員操作失誤，外電網(wǎng)
事故跳閘以及自然災(zāi)害(大風(fēng)、雷擊、地震)等原因，致
使水泵機(jī)組突然斷電而造成開(kāi)閥停車時(shí)．在泵站及管
路系統(tǒng)巾所發(fā)生的水錘現(xiàn)象嘲。一般情況下，停泵水錘
影響最為嚴(yán)重，是水錘事故中最常發(fā)生的事故，其對(duì)
泵房和管路的安全有極大的威脅，國(guó)內(nèi)有幾座水泵房
曾發(fā)生因停泵水錘而導(dǎo)致泵房淹沒(méi)或管路破裂的重
大事故。在泵房和輸水管路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮可能發(fā)生的
水錘情況，并采取相應(yīng)的防范措施避免水錘的發(fā)生，或
將水錘的影響控制在允許范圍內(nèi)。廣州“三涌補(bǔ)水”工
程。屬于高揚(yáng)程、大流量的長(zhǎng)距離調(diào)水工程。由于各種
外部原因的影響、開(kāi)關(guān)泵及閥門較為頻繁，為防止停
泵水錘的發(fā)生，采取了兩種主要措施：
1)在水泵的出口安裝電動(dòng)止回蝶閥
該電動(dòng)止回蝶閥的運(yùn)行在實(shí)際過(guò)程中分為快關(guān)
和慢關(guān)兩個(gè)階段，重錘矩的大小是通過(guò)改變工作重錘
沿?fù)u桿軸方向的位置來(lái)調(diào)節(jié)的。重錘的作用是當(dāng)介質(zhì)
剛開(kāi)始倒流時(shí)，閥瓣在重錘的作用下立刻向關(guān)閉方向
運(yùn)動(dòng)，在內(nèi)部緩沖缸的作用下。再實(shí)現(xiàn)第二階段緩閉，
從而減小水錘壓力，防止大量水流倒泄，減少或制止
供水機(jī)組的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
在“三涌補(bǔ)水”工程設(shè)計(jì)初期，結(jié)合工程的實(shí)際情
90 ，{}葒技術(shù)2012 No．4(Ju1．)Vo1．30
況，在電動(dòng)止回蝶閥的安全防護(hù)下，對(duì)停泵暫態(tài)過(guò)程
進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真模擬，得出了蝶閥防護(hù)水錘的最優(yōu)
關(guān)閉過(guò)程。在水泵機(jī)組事故停機(jī)、系統(tǒng)失電或其他原
因?qū)е滤猛Ｖ沟染o急情況下，蝶閥事故關(guān)閥回路可
自動(dòng)接通．使蝶閥在重錘和動(dòng)力水矩的雙重作用下，按
預(yù)先程序(時(shí)間和角度)分快、慢兩階段關(guān)閥，這樣既
能開(kāi)關(guān)管路，避免管道內(nèi)大量水體倒流或使管道失壓，
防護(hù)水泵的反轉(zhuǎn)速度超過(guò)水泵的飛逸轉(zhuǎn)速。又能以緩
閉的形式有效消除破壞性水錘。
2)在管道上安裝735型壓力波動(dòng)預(yù)止閥
此閥是一種液壓自動(dòng)控制閥。它被用于減小因水
泵開(kāi)啟、關(guān)閉或斷電而造成停泵時(shí)引起的壓力波動(dòng)，從
而保護(hù)水泵管網(wǎng)系統(tǒng)。
其具體功能體現(xiàn)在：突然停泵時(shí)，水流由于慣性
作用，首先產(chǎn)生水柱分離(趨勢(shì))引起系統(tǒng)壓力下降，
隨后分離水柱發(fā)生彌合．兩股分離水柱劇烈碰撞形成
壓力很高的彌合水錘，產(chǎn)生巨大的壓力波動(dòng)。此時(shí)，壓
力波動(dòng)預(yù)止閥的低壓泄壓導(dǎo)閥可感應(yīng)到這種最初的
壓力下降，預(yù)先開(kāi)啟主閥，隨后而來(lái)的彌合高壓將主
閥完全打開(kāi)，泄放系統(tǒng)高壓，從而起預(yù)防水錘的功能。
高壓導(dǎo)閥感應(yīng)到高壓力波后，同樣會(huì)開(kāi)啟主閥，并使
主閥保持開(kāi)啟狀態(tài)。液壓或機(jī)械的流量控制器可限制
閥門的開(kāi)啟，這一裝置有效地控制了壓力波動(dòng)，并保
證主閥及時(shí)關(guān)閉，不產(chǎn)生額外的系統(tǒng)壓力損失。當(dāng)系統(tǒng)
高壓降低接近于設(shè)定值時(shí)，高泄壓導(dǎo)閥關(guān)閉，主閥上
控制腔中的壓力隨之增加，主閥關(guān)閉，系統(tǒng)中的壓力
恢復(fù)至正常狀態(tài)。
壓力波動(dòng)預(yù)止閥除了具有可預(yù)防水錘功能，還具
有將過(guò)高壓力排向大氣，從而維持預(yù)設(shè)的最大系統(tǒng)壓
力的功能。當(dāng)系統(tǒng)壓力超出高壓泄導(dǎo)閥的設(shè)定值時(shí)，
高壓泄壓導(dǎo)閥開(kāi)啟，主閥上控制腔中的壓力減小，主閥
開(kāi)啟使系統(tǒng)泄壓，從而維持系統(tǒng)的預(yù)設(shè)壓力值。系統(tǒng)
壓力降低到泄壓導(dǎo)閥設(shè)定值。導(dǎo)閥將關(guān)閉，主閥上控
制腔中的壓力會(huì)增加并緩慢關(guān)閉以維持預(yù)設(shè)系統(tǒng)壓
力值。
“三涌補(bǔ)水”工程除采取上述兩種主要水錘防護(hù)
措施外，還通過(guò)增大管道直徑、壁厚；選用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
GD2較大的電動(dòng)機(jī)；輸水管線盡量布置成平緩管路，減
少管路的陡峭度，以避免出現(xiàn)峰點(diǎn)或坡度加劇，在不
能避免時(shí)．采取在管路各峰點(diǎn)安裝可靠排氣閥等一系
列措施，有效地避免了水錘現(xiàn)象的發(fā)生，保障了整個(gè)
輸水管道的正常運(yùn)行。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2．2 穿越重要交通節(jié)點(diǎn)的管道防護(hù)措施
“三涌補(bǔ)水”管道穿過(guò)東環(huán)高速公路、華南快速公
路、黃埔大道、中山大道、廣深鐵路、廣園快速路、廣氮
立交等重要交通節(jié)點(diǎn)，為了避免輸水管道受到壓損，分
別采取了以下保護(hù)措施：
1)安裝混凝土套管，套管兩端采用發(fā)泡材料進(jìn)行
密閉。防止管道遭受外界腐蝕，即使遭到重壓變形．套
管內(nèi)輸水管道仍有一定的擠壓空間，若出現(xiàn)破裂問(wèn)題
也可以方便維修或換管。
2)采用混凝土包管，在管道外側(cè)澆筑混凝土以保
護(hù)管道。
3)在條件允許的情況下，修建預(yù)留涵洞，供管道
穿越。
4)在巖石和半巖石地基處，管底鋪設(shè)砂墊層．分
層夯實(shí)；在土壤松軟的地基處，管底澆筑混凝土基礎(chǔ)
支撐，滿足強(qiáng)度要求。
5)管道管頂覆土必須夯實(shí)，以免在動(dòng)荷載的作用
下影響管道強(qiáng)度。
以上措施有效地解決了“三涌補(bǔ)水”工程中管道
穿越交通節(jié)點(diǎn)的難題，保證了動(dòng)荷載作用下整個(gè)輸水
管道的安全運(yùn)行。 ，
2．3 建立完善的監(jiān)測(cè)體系
1)對(duì)重要交通節(jié)點(diǎn)以及周圍敏感點(diǎn)的監(jiān)測(cè)
“三涌補(bǔ)水”工程中建立了完善的監(jiān)測(cè)維護(hù)體系，
加強(qiáng)對(duì)重要交通節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)周圍的管道監(jiān)測(cè)。重點(diǎn)
監(jiān)測(cè)管道本身的開(kāi)裂以及不均勻沉降等安全事項(xiàng)．確
保管道的運(yùn)行安全．盡量降低外界因素對(duì)管道運(yùn)行的
干擾。目前，已布設(shè)光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除對(duì)全線管道進(jìn)行
動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)外，還對(duì)管道穿越的重要交通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)
監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)信息匯總到信息中心，通過(guò)這種先進(jìn)的
監(jiān)測(cè)技術(shù)，能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常管道位置，及時(shí)進(jìn)行
搶修和維護(hù)，將損失降低到最低。
要保證管線的正常運(yùn)行，不僅要關(guān)注管線自身的
運(yùn)行情況。還需要關(guān)注周圍環(huán)境及其他建筑物與管線
的相互影響。因此，為使“三涌補(bǔ)水”工程的運(yùn)行安全
得到確實(shí)保障，正在籌劃管道與沿線敏感構(gòu)筑物以及
大型居民區(qū)影響的監(jiān)控工作，并采取數(shù)值模擬方式。模
擬管道在運(yùn)行期間與周邊建筑物相互影響的范圍及
大小。以便采取預(yù)防措施避免安全事故的發(fā)生，真正
做到防患未然。只有這樣，才能從根本上保證整個(gè)管道
系統(tǒng)及其沿線的安全。
2)對(duì)管道重要閥門的監(jiān)測(cè)維護(hù)
管線工程器
Pipeline Engineering
“三涌補(bǔ)水”工程閥門數(shù)量眾多，1個(gè)小小的閥門
也能直接影響管線的正常運(yùn)行，因此，常規(guī)的閥門維
護(hù)工作也很重要，不能忽視。
輸水管道上的閥門經(jīng)常啟閉的是少數(shù)，多數(shù)閥門
是很少啟閉的，如果長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)作，一旦啟閉易引起失
靈，對(duì)整個(gè)輸水工程的運(yùn)營(yíng)安全造成不良影響。因此，
閥門的維護(hù)保養(yǎng)對(duì)于管道的正常運(yùn)行是非常重要的【3l。
在運(yùn)行期間對(duì)“三涌補(bǔ)水”工程中的排氣閥、排泥閥、蝶
閥、閘閥等閥門進(jìn)行重點(diǎn)的檢查和監(jiān)測(cè)工作。指派專
人，專項(xiàng)、定期進(jìn)行檢查和維修，防止安全隱患的發(fā)生。
2．4 汛期管線維護(hù)
在河流汛期，由于水質(zhì)渾濁，不但對(duì)供水水質(zhì)產(chǎn)
生影響，而且水中泥沙進(jìn)入各類閥體內(nèi)部，極易引起
閥門失靈，對(duì)管道安全不利。因此，必須及時(shí)清洗管道
上的排氣閥等閥件，打開(kāi)排泥閥泄掉沉積在管道內(nèi)的
渾水。珠江的汛期為4月中旬至9月，為保障“三涌補(bǔ)
水”工程的正常運(yùn)行，就要在此段時(shí)間內(nèi)加強(qiáng)對(duì)各種
閥件的檢修，減少因水質(zhì)渾濁對(duì)閥門造成的不利影響。
3 結(jié)語(yǔ)
筆者以廣州市3條河涌聯(lián)合補(bǔ)水工程為例，闡述
了長(zhǎng)距離、大流量輸水管道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的安全
問(wèn)題以及相應(yīng)的治理措施。通過(guò)安裝必要的防水錘裝
置，并且結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，合理安排閥門開(kāi)關(guān)最
優(yōu)方案，能夠有效地防止水錘事故的發(fā)生；在管道穿
越重要交通節(jié)點(diǎn)處，為避免受到動(dòng)荷載影響而使管道
破壞，采取預(yù)留涵洞、加裝套管、處理管底不良地基等
措施保護(hù)輸水管道的安全運(yùn)行；另外，建立了對(duì)管道、
周邊敏感點(diǎn)以及閥門的完整監(jiān)測(cè)體系，防止安全隱患
的產(chǎn)生，保證整個(gè)管道系統(tǒng)及其沿線的安全?！叭垦a(bǔ)
水”工程的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)．可對(duì)類似長(zhǎng)距離輸水管道
的安全運(yùn)營(yíng)起到一定的借鑒作用。
參考文獻(xiàn)：
[1】任光照．可持續(xù)利用與有效保護(hù)水資源IJI．中國(guó)軟科學(xué)，1995
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中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004：12．
[3】侯林，高山，劉濤，等．平山水源工程長(zhǎng)距離輸水管線的運(yùn)行
與管理『J]．給水排水，2003，29(11)：76．
收稿日期：2012—03—27
作者簡(jiǎn)介：周新民，男，高級(jí)工程師，博士，主要從事水力工程的建設(shè)
與管理工作。

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