地埋长压力管道在北疆小水电站中应用

摘要：针对北疆地区地形特点，结合小水电站长压力管道管材的选用，对螺旋钢管、玻璃钢管、PCCP 管的优缺点进行了比较，分析了各种管材用作长压力管道时应注意的问题及其水锤的解决方案。以加快施工进度，降低电站造价。

关键词：地埋长压力管；水锤；小水电；设计；北疆

中图分类号：TV732.4 文献标识码：B 文章编号：2095-0144（2011）01-0057-02

1 前言

新疆北部地区，修建水电站时往往会遇到没有能集中形成落差的地形，但是地形纵坡较大（有时会达到30%），这种情况下只有选择高填方渠道或长压力管道以集中水头。选择高填方渠道不可避免地会出现占地多、投资高，采用地埋长压力管代替高填方渠道，占地和投资都可以明显降低。

2 长压力管道管材选用

应用于水电站的长压力管道，管径一般为1～4 m，这种管径的管道在市政输水管道中应用较多，水电站设计中可以参照选用。市场上常见的市政输水管材有螺旋钢管、玻璃钢管、预应力钢筒混凝土管、铸铁管和钢筋混凝土管。其中铸铁管力学性能差，特别容易锈蚀，不宜用作水电站的压力管道；钢筋混凝土管以前在电站中应用较多，但其可靠性差。因此，可供水电站长压力管道选择的管材大致为螺旋钢管、玻璃钢管，以及预应力钢筒混凝土管（PCCP 管）。这3 种材质的管道一般来说均可以作为电站的压力管道，各有优劣。

2.1 螺旋钢管

螺旋钢管是钢管，属常规管材。它最大的优点是力学性能较其它两种管材要好，特别适用于大于1.6 MPa 的高压力管道，同时抗磨损能力较强，常用于石化行业，在西气东输中大量采用了螺旋钢管。工厂制作的螺旋钢管一般为12 m一节，焊缝检测技术十分成熟，安全有保障。螺旋钢管重量较轻，吊装方便，但需要焊接，比较费时。另外，较其它两种管材而言还需进行防腐，还要考虑管道伸缩的问题。

2.2 玻璃钢管

用于输水的玻璃钢管一般指的是夹砂玻璃钢管，它最大的优点在于完全不需要考虑防腐问题，同时内壁光滑，糙率小，可以减少电站的水头损失。可用于电站的玻璃钢管一般规格为6 m、8 m、12 m、16 m一节，管与管之间采用承插方式连接。这种连接方式本身允许管道有一定的伸缩量，而一般埋于地下的管道所处的地下环境温差小，所以采用玻璃钢管作为电站的地下埋管时，管道的伸缩可以不用考虑。玻璃钢管本身重量轻，安装极其方便，吊装好直接进行对口后承插，非常快捷。

玻璃钢管容易被碰伤，同时玻璃钢管承受内压的能力强，承受外压的能力弱，不过也可以通过提高管道内壁树脂层的厚度来提高其承受外压的能力，同时，玻璃钢管磨损问题也存在争议[1]。

2.3 PCCP 管

PCCP 管是一种综合了混凝土管和钢管优点的管道。一般为6 m一节，它采用和玻璃钢管一样的承插方式进行连接。由于PCCP 和玻璃钢管采用一样的连接方式，所以也不用考虑管道伸缩的问题。PCCP 管较玻璃钢管而言，更能承受外压，也更能承受施工和运行中的碰撞。一般情况下PCCP也不用考虑防腐，但地下环境若有腐蚀性也得考虑防腐措施。

PCCP 管本身较其它两种管材而言，十分笨重，大坡度（大于1∶5）的电站压力管道一般不宜采用，这主要是因为吊装复杂。同时PCCP 管本身无法制成特殊管件（弯头及岔管等），只能通过钢管代替，PCCP 管在运行时还会出现轻微的磨损问题。

总体来说，这3 种管材在经过合理的设计后，都可以用作小水电的地埋长压力管，也都有应用成功的实例，选用管材时应根据效益最大化原则进行。

3 各种管材用作长压力管道时应注意的问题

3.1 螺旋钢管

螺旋钢管作为长压力管，壁厚可用规范[1]中锅炉公式进行计算，同时应考虑锈蚀模量及焊接系数的影响，含沙量大的管道还应考虑磨损余量。

螺旋钢管尤其要注意做好防腐设计，内壁防腐采用规范[2]中推荐的水电站压力钢管防腐即可，外壁一般可以采用四毡三油进行防腐。土壤含有腐蚀性时，还应进行防电腐蚀措施，或者直接采用市场上的新管材钢塑钢管——螺旋钢管内外壁包裹塑料保护层的管道。

为防止外压破坏，应进行外压破坏验算，不满足的应设加劲环增加管道刚度，同时沿线还应设置自动空气阀。为防.张掖统计年鉴（2009）［M］.（甘肃）张掖：张掖市统计局，2010.止自动空气阀在冬季冻死，应将自动空气阀设置在地面以下的保温井内，这种设置既实用又经济。

作为刚性管道，必须考虑它的伸缩变形的影响，管道沿线应设置伸缩节。同时，在两个镇墩之间的管道最后焊接在一起时应选择气温为全年的平均气温左右时焊接。焊接完后应尽快回填，回填时应夯实，增加土与钢管之间的摩擦力。

螺旋钢管在水利上目前没有行业标准，应参照SY/T5037-2000 进行设计。

3.2 玻璃钢管

玻璃钢管一般通过标称压力来选用即可，不必计算壁厚。玻璃钢管管沟沟底应铺上细砂垫层，防止管道受沟底石子的伤害。玻璃钢管两侧应对称回填夯实，夯实至管顶以上30 cm，并要求覆土使玻璃钢管管顶低于冻土线以下。一般较大管径的玻璃钢管的长压力管中异径管应采用钢管代替，并设镇墩。玻璃钢管与钢管之间的连接用承插件进行连接，钢管应伸出镇墩约1 m便于连接。玻璃钢管由于抗外压能力较差，提高壁厚来提高刚度又不经济，所以沿线应多设自动空气阀井。

3.3 PCCP 管

由于PCCP 管重量较大，施工机械应能开进管沟里进行作业，要求开挖宽度满足安装要求，一般应比管径外壁两边各留1 m的操作空间。PCCP 管管底也铺设细砂垫层，但不能全沟底铺设，应只在中间铺设，两边不应铺设，方便施工机械在沟底行进，同时沟底应铺设轨道方便PCCP 管安装。PCCP 管的其它设计基本和玻璃钢管相同。

4 长压力管道水锤问题

一般来说，使用长压力管的电站水锤是无法通过增加转动惯量和增大管径来解决的，必须使用调压阀或者其它的水锤解决方式。

调压阀是我国70 年代左右开始使用的，已经使用了几十年，但在常规电站中还是不常用。电站突然甩负荷的情况本身属于小概率事件，另外调压阀和导叶动力装置是连通的，导叶动时调压阀即会动作，没有必要过于担心调压阀失灵的状况发生。调压阀一般设置在蝶阀后导叶前。

在蝶阀前设计旁通管设置安全膜片也可以作为解决长压力管道的水锤问题的一种简单有效方式。但安全膜片在使用后需要更换膜片，产生了一定的检修时间，影响发电，尤其是调试阶段更繁琐。

此外，小流量电站也可以采用输水管网中采用的安全泄压阀来代替调压阀，但这种安全泄压阀的核心部件是一个弹簧膜片，设计使用年限短，容易疲劳失效，故采用这种方式来解决水锤的电站应定期更换安全泄压阀，保证电站运行安全可靠。

5 结语

从北疆地区的多个长压力管电站运行状况来看，长压力管在大坡度地区的使用在造价、施工及环境保护方面都具有明显的优势，应积极总结推广。

参考文献：

［1］DL-T 5141-2001，［S］.

［2］ SY/T 5037-2000，低压流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管［S］.

［3］GB/T 21238-2007，玻璃纤维增强塑料夹砂管［S］.

［4］赖东根.长距离输水管线空气阀设置的研究［J］.科技开发与经济，2008，18，（26）:189-191.

［5］江启升，张林,张建东.玻璃钢夹沙管道在西藏小水电站的应用研究［J］.水电站设计，2006，22（03）:38-40.

［6］DL/T 5082-1998，水工建筑物抗冰冻设计规范［S］.

［5］ SL 105-2007，水工金属结构防腐蚀规范［S］.

作者简介：刘袁（1983-），男，湖北团风人，助理工程师，学士，主要从事水利水电工程设计。