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摘要 介绍了东雷抽黄灌区二级抽水站工程概况，根据其压力管道与管径现状，从管材选择、管道布设等方面介绍了东雷二级泵站工程压力管道的复核设计，对安全性和材质等方面进行了综合考虑。
关键词 东雷二级泵站；大型泵站；更新改造；压力管道；复核设计
中图分类号 TV675 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）15-0189-02
东雷二级站是东雷抽黄灌区的二级抽水站，本站单机扬程225 m，单机最大流量2.2 m3/s，属国家大型泵站，其压力管道直径1 200 mm，压力管道的复核设计选择应从安全可靠、材质等方面综合考虑。
1 工程概况
东雷二级站工程位于合阳县以东20 km的伏六乡东雷村塬下，肩负合阳县伏六、坊镇、新池三乡镇7 273.33 hm2耕地的灌溉供水任务。泵站西、北两侧紧靠髙塬老崖，南与太李村为邻，东接总干渠，距渠首一级站1.5 km，泵站进水闸设于总干渠右岸，桩号1 536处。泵站设计扬程225 m，设计流量3.8 m3/s，安装机组2台，总装机容量13 000 kW。设110 kV专用变电站1座。1981年建成投运，是东雷抽黄灌区塬上重要的灌溉供水泵站。
2 压力管道现状
泵站至今已使用30余年，进、出水钢管锈蚀严重，管壁变薄，强度降低，管道已达到其金属疲劳极限，部分管段曾发生过爆管事故。管坡管床砼老化、沉降、破裂严重，导致压力出水管道支墩、镇墩沉降，管道变形、管道伸缩节漏水、震动严重，影响正常运行。根据《陕西省大型灌溉排水泵站更新改造项目渭南市东雷一期抽黄灌溉泵站安全鉴定报告书》，压力管道评定为四类设备。在本次泵站更新改造中压力管道全部更换。
3 压力管管径
压力管道的管径主要是根据经济流速确定，并应考虑各种运行工况下管内不产生淤积，水泵进水管道设计流速宜取1.5～2.0 m/s，水泵出水管道设计流速宜取2.0～3.0 m/s。根据水泵设计流量初步确定了3种管径进行了比较，同时考虑本工程为改造项目，泵站的原装机功率和可利用的厂房空间及穿墙套管有一定限制，水泵扬程和出水压力管管径不宜过大，最终确定水泵进出水管管径为大泵进水管采用2根DN900；小泵进水管采用2根DN800；泵房内及副厂房下方的水泵出水管管径为DN1000，其余部分的出水压力管管径为DN1200。管径比较详见表1和表2。
4 管材选择
根据压力管道设计原则，结合灌区土质及压力管道基本荷载，对目前市场常用的钢管、球墨铸铁管、钢筋砼管、预应力钢筒砼管等管材进行同等管径、压力等级的计算选型比较[1-2]，管材的性能比较见表3。
以上4种管材均能满足设计要求，设计从不同角度将各管材的优缺点归纳如下：一是从水力学性能考虑，4种管材内壁糙率基本相同，水力性能相当。二是价格比较。铸铁管最高，钢管（内衬水泥砂浆外防腐）次之，钢筋混凝土管最少。三是耐久性。铸铁管、钢管、钢筋混凝土管在保证防腐和覆土的情况下耐久性相差不大；明装情况下，钢管较好，铸铁管的接口还是存在一定隐患，钢筋混凝土管本身和接口均存在一定问题。铸铁管、钢筋混凝土管安装考虑耐久性和管道长期稳定应采用覆土埋设。四是维护。钢管维护较简便，出现问题可以焊接，其余管材只能更换。从施工、价格、性能等几个方面综合分析，考虑到管坡坡度较大，现场开挖回填难度较大，管道不适宜采用暗敷，并且钢管价格近来呈下滑趋势，施工、维护均方便，故本次设计泵房外出水压力管道采用焊接钢管。钢管采用镇静钢焊接，钢管段外壁刷环氧煤沥青防腐，内壁采用内熔结环氧粉末涂层防腐[3-6]。
5 压力管道布置
泵站原有2台水泵，采用单机单管设计，共2条压力管道，水泵出口管径为DN1000，泵房外压力管道管径为DN1200。在管线布置上，利用原有管坡，仍采用单机单管方案，管道中心距2.6 m。
压力管道在出厂房后的水平段为直埋式，斜坡段以上均为明管敷设，并设有鞍形或滚动支座及镇墩等。管道转弯和爬坡位置设置镇墩，直管段每隔约80 m设置镇墩，间距8 m设置支墩，除直埋部分采用鞍形支座外，其余部分均采用滚动式支座。为适应温度变化引起管道的伸缩，在2个镇墩之间距下面镇墩2/3墩间管长处设置伸缩节1个。为便于安装与维护，管道中心至管床顶面为1.1 m，并在厂房内及镇墩以上8 m处设φ500的进人孔。
目前，管坡局部存在变形、裂缝、湿陷等问题。依据地勘报告，管坡上部地基土具有Ⅱ级自重湿陷性。原管床设计时已做人工地基处理，原管坡的处理方案：首先对原土进行夯实，上部10 cm混凝土垫层；镇墩采用20 cm砂浆砌石，100#混凝土浇筑。为泵站的安全运行，本次泵站改造对管坡坡体裂隙、裂缝采用水泥浆及黏土进行补强压力灌浆加固处理，以保障管坡的稳定；对潜在滑坡体进行加固处理，以保证主、副厂房及出水管道的安全；上部管坡地基采用0.5 m厚3∶7灰土，消除地基土的湿陷性外，做好管坡排水及坡面防护措施，排水措施包括管坡、马道部位的截水、排水，坡面防护包括坡面结构面封堵、坡面骨架式植物护坡等。
6 压力钢管壁厚计算
钢管管壁厚度计算采用以下2种方法，以其中最大值为基础，按管道壁厚系列选取钢管壁厚。管道的取用壁厚均不得小于管道的计算壁厚[7-13]。
6.1 明设钢管管壁最小厚度
6.4 压力钢管壁厚
初步设计中，以上述计算的壁厚为基础，考虑钢管锈蚀、磨损等因素。另外，由于部分压力钢管位于副厂房下，更换比较困难，故本设计考虑延长副厂房下部压力钢管的使用寿命，壁厚考虑适当加大。为降低工程造价，钢管的壁厚依据钢管安装高程的不同，按不同的压力等级选用。不同工作压力下的压力钢管壁厚计算见表4。
参考原泵站安装的压力管道经过30多年运行后的磨蚀锈损情况，表4中压力钢管壁厚的选用值是适宜的。
7 参考文献
[1] 杨慧花.泵站更新改造机电设备选型及新技术、新材料的应用[J].甘肃农业，2011（11）：55-56.
[2] 钱秀华，龚全德.泵站更新改造探讨[J].江苏水利，2001（3）：33-34.
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.泵站设计规范：GB 50265-2010[S].北京：中国计划出版社，2011.
[4] 中华人民共和国水利部.水电站压力钢管设计规范：SL281-2003[S].北京：中国水利水电出版社，2003.
[5] 陈红艳.夏塔河山口水电站埋地压力管道结構计算[J].中国水运（下半月），2013（8）：229-230.
[6] О.Д.鲁宾，李泰福.钢衬钢筋混凝土压力管道计算和设计的特点[J].水利水电快报，2000（14）：6-9.
[7] 王康平，伏义淑，邱卫民.钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝计算公式研究[J].武汉水利电力大学（宜昌）学报，2000（4）：278-282.
[8] 何化南，黄承逵，秦杰.钢纤维自应力混凝土压力管道自应力计算方法[J].水利学报，2003（7）：124-128.
[9] 沈杰，张颖.压力管道的强度试验压力计算及其盲板选用[J].石油工程建设，2006（2）：54-57.
[10] 邓东明.压力管道最大压力计算控制条件的探讨[J].云南水力发电，2006（3）：27-28.
[11] 姚青云，李佳奇，冯淑萍.压力管道经济管径计算[J].中国农村水利水电，2005（4）：56-57.
[12] 张其莘，赵静，崔志伟.压力管道的应力分析及计算[J].石化技术，2016（1）：148.
[13] 王东.打磨岗灌区压力管道水击压强的计算与防护[J].河南水利与南水北调，2012（18）：147-148.
关键词 东雷二级泵站；大型泵站；更新改造；压力管道；复核设计
中图分类号 TV675 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）15-0189-02
东雷二级站是东雷抽黄灌区的二级抽水站，本站单机扬程225 m，单机最大流量2.2 m3/s，属国家大型泵站，其压力管道直径1 200 mm，压力管道的复核设计选择应从安全可靠、材质等方面综合考虑。
1 工程概况
东雷二级站工程位于合阳县以东20 km的伏六乡东雷村塬下，肩负合阳县伏六、坊镇、新池三乡镇7 273.33 hm2耕地的灌溉供水任务。泵站西、北两侧紧靠髙塬老崖，南与太李村为邻，东接总干渠，距渠首一级站1.5 km，泵站进水闸设于总干渠右岸，桩号1 536处。泵站设计扬程225 m，设计流量3.8 m3/s，安装机组2台，总装机容量13 000 kW。设110 kV专用变电站1座。1981年建成投运，是东雷抽黄灌区塬上重要的灌溉供水泵站。
2 压力管道现状
泵站至今已使用30余年，进、出水钢管锈蚀严重，管壁变薄，强度降低，管道已达到其金属疲劳极限，部分管段曾发生过爆管事故。管坡管床砼老化、沉降、破裂严重，导致压力出水管道支墩、镇墩沉降，管道变形、管道伸缩节漏水、震动严重，影响正常运行。根据《陕西省大型灌溉排水泵站更新改造项目渭南市东雷一期抽黄灌溉泵站安全鉴定报告书》，压力管道评定为四类设备。在本次泵站更新改造中压力管道全部更换。
3 压力管管径
压力管道的管径主要是根据经济流速确定，并应考虑各种运行工况下管内不产生淤积，水泵进水管道设计流速宜取1.5～2.0 m/s，水泵出水管道设计流速宜取2.0～3.0 m/s。根据水泵设计流量初步确定了3种管径进行了比较，同时考虑本工程为改造项目，泵站的原装机功率和可利用的厂房空间及穿墙套管有一定限制，水泵扬程和出水压力管管径不宜过大，最终确定水泵进出水管管径为大泵进水管采用2根DN900；小泵进水管采用2根DN800；泵房内及副厂房下方的水泵出水管管径为DN1000，其余部分的出水压力管管径为DN1200。管径比较详见表1和表2。
4 管材选择
根据压力管道设计原则，结合灌区土质及压力管道基本荷载，对目前市场常用的钢管、球墨铸铁管、钢筋砼管、预应力钢筒砼管等管材进行同等管径、压力等级的计算选型比较[1-2]，管材的性能比较见表3。
以上4种管材均能满足设计要求，设计从不同角度将各管材的优缺点归纳如下：一是从水力学性能考虑，4种管材内壁糙率基本相同，水力性能相当。二是价格比较。铸铁管最高，钢管（内衬水泥砂浆外防腐）次之，钢筋混凝土管最少。三是耐久性。铸铁管、钢管、钢筋混凝土管在保证防腐和覆土的情况下耐久性相差不大；明装情况下，钢管较好，铸铁管的接口还是存在一定隐患，钢筋混凝土管本身和接口均存在一定问题。铸铁管、钢筋混凝土管安装考虑耐久性和管道长期稳定应采用覆土埋设。四是维护。钢管维护较简便，出现问题可以焊接，其余管材只能更换。从施工、价格、性能等几个方面综合分析，考虑到管坡坡度较大，现场开挖回填难度较大，管道不适宜采用暗敷，并且钢管价格近来呈下滑趋势，施工、维护均方便，故本次设计泵房外出水压力管道采用焊接钢管。钢管采用镇静钢焊接，钢管段外壁刷环氧煤沥青防腐，内壁采用内熔结环氧粉末涂层防腐[3-6]。
5 压力管道布置
泵站原有2台水泵，采用单机单管设计，共2条压力管道，水泵出口管径为DN1000，泵房外压力管道管径为DN1200。在管线布置上，利用原有管坡，仍采用单机单管方案，管道中心距2.6 m。
压力管道在出厂房后的水平段为直埋式，斜坡段以上均为明管敷设，并设有鞍形或滚动支座及镇墩等。管道转弯和爬坡位置设置镇墩，直管段每隔约80 m设置镇墩，间距8 m设置支墩，除直埋部分采用鞍形支座外，其余部分均采用滚动式支座。为适应温度变化引起管道的伸缩，在2个镇墩之间距下面镇墩2/3墩间管长处设置伸缩节1个。为便于安装与维护，管道中心至管床顶面为1.1 m，并在厂房内及镇墩以上8 m处设φ500的进人孔。
目前，管坡局部存在变形、裂缝、湿陷等问题。依据地勘报告，管坡上部地基土具有Ⅱ级自重湿陷性。原管床设计时已做人工地基处理，原管坡的处理方案：首先对原土进行夯实，上部10 cm混凝土垫层；镇墩采用20 cm砂浆砌石，100#混凝土浇筑。为泵站的安全运行，本次泵站改造对管坡坡体裂隙、裂缝采用水泥浆及黏土进行补强压力灌浆加固处理，以保障管坡的稳定；对潜在滑坡体进行加固处理，以保证主、副厂房及出水管道的安全；上部管坡地基采用0.5 m厚3∶7灰土，消除地基土的湿陷性外，做好管坡排水及坡面防护措施，排水措施包括管坡、马道部位的截水、排水，坡面防护包括坡面结构面封堵、坡面骨架式植物护坡等。
6 压力钢管壁厚计算
钢管管壁厚度计算采用以下2种方法，以其中最大值为基础，按管道壁厚系列选取钢管壁厚。管道的取用壁厚均不得小于管道的计算壁厚[7-13]。
6.1 明设钢管管壁最小厚度
6.4 压力钢管壁厚
初步设计中，以上述计算的壁厚为基础，考虑钢管锈蚀、磨损等因素。另外，由于部分压力钢管位于副厂房下，更换比较困难，故本设计考虑延长副厂房下部压力钢管的使用寿命，壁厚考虑适当加大。为降低工程造价，钢管的壁厚依据钢管安装高程的不同，按不同的压力等级选用。不同工作压力下的压力钢管壁厚计算见表4。
参考原泵站安装的压力管道经过30多年运行后的磨蚀锈损情况，表4中压力钢管壁厚的选用值是适宜的。
7 参考文献
[1] 杨慧花.泵站更新改造机电设备选型及新技术、新材料的应用[J].甘肃农业，2011（11）：55-56.
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[10] 邓东明.压力管道最大压力计算控制条件的探讨[J].云南水力发电，2006（3）：27-28.
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