学文网[摘要] 输水管道工程在许多城镇基础设施建设中都有建设，输水管道的建设能够解决城镇的供水问题，推进当地经济快速增长及工业产业稳步的发展；同时也将极大的改善城市居民的生活环境，提高人民生活水平和健康水平。输水管道工程设计中管道布置、管道条数及连接管的确定、流量、管径的确定、管材确定、管道埋深、管沟开挖、管道基础的设计、管道穿越障碍物的设计、管道附属构筑物的设计、管道支墩的设计等方面的问题是输水管道工程设计中非常重要，也是设计人员必须要考虑的问题。本文结合本人的工作实践就输水管道工程设计谈几点体会。
[关键词] 输水管道 管道布置 连通管 流量 管径 管材 管道埋深 管沟 管道基础 附属构筑物 管道支墩
输水管道是指从水源输送原水至净水厂或配水厂的管道，当净水厂远离供水区时，从净水厂至配水管网间的干管也可作为输水管考虑，输水管按其输水方式可分为重力输水和压力输水。一般输水管在输水过程中沿程无流量变化
城镇输水管道工程设计首先要依据室外给水设计规范、施工规范、给水排水设计手册等相关规范和手册；然后要结合地区地理、气候特点等实际情况，从技术可行性、经济合理性出发综合考虑、设计。
1、管道布置
输水管线定线时，必须与城市建设、规划相结合，尽量缩短管线的长度，减少拆迁，少占良田，少毁植被，保护环境，保证供水安全；
选线时，应选择最佳的地形和地质条件，尽量沿现有或规划道路敷设，以便施工和检修；
管线尽量减少与铁路、公路和河流的交叉；避免穿越滑坡、岩层、沼泽、高地下水位和河流淹没等冲刷地区，以降低造价和便于施工、维护及管理。
2、输水管道条数及连通管的确定
输水管道一般不宜少于两条，当有安全贮水池或其它安全供水措施时，也可修建一条输水干管。
实践中为提高供水可靠性，常采用在平行管线之间增设连通管并装置必要的阀门的方式，这样，当管线某段损坏时，无需整条管线全部停止运行，而只需用阀门关闭损坏的一段进行检修。采用这种措施可以提高事故时的流量。输水干管和联通管管径及联通管根数，应按输水干管任何一段发生故障时仍能通过事故用水量计算确定。城镇的事故水量为设计水量的70%。
当采用重力供水时，位置水头一定，若两条平行敷设的输水管线，其管材、直径和长度均相等时，为满足当输水管损坏时事故流量为设计水量的70%。联通管需设置2个，将输水管等分成三段。
当采用水泵供水时的压力输水管，若两条平行敷设的输水管线，其管材、直径和长度均相等时，为满足当输水管损坏时事故流量为设计水量的70%。联通管需设置 >1个，联通管具体设置个数通常是通过公式计算来确定的。
3、输水管道流量、管径的确定
输水管道工程确定其水量规模是首要内容，即不能预测规模偏大，造成建成工程不能充分发挥效益；又不能造成预测规模滞后，影响城镇建设和经济发展，因而合理确定水量规模十分重要。
（1）流量确定
从水源至净水厂的原水输水管道设计流量Q，一般按照净水厂最高日平均时供水量QT加上净水厂自用水量和输水管道的漏失水量计算。
从净水厂至管网的清水输水管道设计流量，应按最高日最高时用水条件下，由净水厂负担的供水量计算确定。
（2）管径确定
输水管道管径按最高日平均时供水量QT加上净水厂自用水量和输水管道的漏失水量通过水力计算确定。
输水管管径D=（4Qm/πVe）1/2
其中Qm ――最高日平均时供水量加上净水厂自用水量和输水管道的漏失水量。
Ve――管道经济流速.根据选用管材及当地的敷管单价和动力价格,通过计算确定。
从上式可知，管径的确定与流量和流速有关，流量已知，尚需确定流速，流速的确定是根据平均经济流速来定。一般大管径DN≥400时为0.9-1.4m/s。中小管径DN=100-400mm时为0.6-1.0m/s。
4、管材确定
由于输水管道管径一般较大，并且距离长，对供水安全性影响较大，故管材选择主要应考虑工程安全性强，管道综合造价适中，性能比较好的管材，一般用于输水管道的管材有PE给水管、球墨铸铁管、玻璃钢管和预应力钢筋混凝土输水管等。
在施工过程中具体选用什么管材可通过管材技术经济比较分析，并通过各地的工程地质情况来确定。
5、管道埋深、管沟开挖、管道基础
（1）管道埋深
对于非冰冻地区管道的管顶埋深主要由外部荷载、管材强度、管道交叉以及土壤地基等因素决定。金属管道的覆土深度一般不小于0.7米，当管道强度足够或者采取相应措施时，也可小于0.7米。
对于***地区，大部分城市和城镇都属于冰冻区，冰冻区管道的管顶埋深除决定于上述因素外，还需要考虑土壤的冰冻深度，应通过热力计算确定。当无实际资料时，可采用经验值。如下表：
设计时可根据当地的气候特点以及冻土深度做相应的调整。
（2）管沟开挖
管沟开挖一般在地质条件良好、土质均匀、地下水位较低的地段开挖管沟，当管沟深度在地下水位以上时，管沟边坡根基当地的土质情况的不同有所不同，从1：0.33――1：1.5不等。一般情况下老黄土的边坡坡度较大，中密砂石的边坡坡度较小。在地质条件较差、土质松软、地下水位较高且富含地下水的地段开挖管沟，设计应该充分考虑必须采取的施工措施，施工措施之一是加大管沟边坡的设置坡度；之二是采用钢板桩支撑管沟，挖管沟不可能无限度地加大管沟边坡从而形成大开挖的施工局面。
（3） 管道基础
输水管道尽量敷设在土壤耐压强度较高，未经扰动的天然地基上。
常用的管道基础有以下三种情况:①天然弧形基础，适用于地基承载力较高，无地下水位处。②砂垫层基础，适用于岩石或半岩石层地基中，须铺砂找平；对非金属管及塑料管道，其厚度应不小于100mm；对于金属管道其厚度不小于150-200 mm并均应夯实。一般宜采用中砂或粗砂作基础材料。③混凝土基础，适用于地基土壤松软时（如遇流沙及沼泽的情况下，还应在基础下面先做桩排架）。混凝土强度等级C15。
6、管道穿越障碍物
输水管线在穿越铁路、公路和河谷时，必须采取一定的措施。
当输水管道穿越铁路、公路时，一般在路基下垂直穿越，施工方式有顶管法及大开挖施工；输水管道在穿越临时性铁路或一般公路或非主要路线，且水管埋设较深时可不设套管；如若穿越较重要的铁路或交通频繁的公路时输水管道穿越段需设置钢筋混凝土套管。套管直径根据施工方法而定，大开挖施工时，应比给水管直径大300毫米，如采用顶管法时应较给水管直径大600毫米；当输水管道穿越铁路、及交通频繁的公路时的两端应设置检查井；
当输水管道穿越河道时，可分为河底穿越和河面跨越两种情况。河底穿越的施工方法可采用围堰，河底开挖埋置；水下挖泥，拖运，沉管敷设；顶管等施工方法。河面跨越可将管道敷设于车行（人行）桥梁上或设专用的管桥架设过河。
河底穿越的输水管道一般敷设两条，按一条停止工作，另一条仍能通过设计流量考虑。
7、附属构筑物
输水管网敷设过程中的主要附属构筑物为分段和分区检修阀门井、排气阀井、泄水井、管道支墩。
（1）阀门井
输水管的检修阀门间距需根据事故抢修允许的排水时间确定。具置应结合地形起伏，穿越障碍及连通管位置等综合考虑而定。一般情况下根据以下经验值来确定：
（2）排气阀井、泄水井
排气阀的安装是为了保证输水管道在投产时或检修后通水时，管内空气可经此阀排出。平时用于排除从水中析出的气体，以免空气积在管中，减少过水断面和增加管线的水头损失，输水管道排气阀的设置位置一般在如下几处：
①、长的上升管线每隔1000米；②、所有高点；③、长的下降管线每隔1000米；④、上升坡度下降点；⑤、水平管线或水力坡度管线末端；⑥、长的水平管线或长的水力坡度管线每隔1000米；⑦、水力坡度管线相对高点。
泄水阀的安装是用以排除沉淀物以及检修时放空管内的存水，一般情况下是安装在输水管道的低处。
（3）管道支墩
当管内水流通过承插接头的弯头、丁子支管顶端、管堵顶端等处产生的外推力大于接口所能承受的拉力时，应设置支墩。支墩不应修筑在松土上；利用土体被动土压承受推力的水平支墩的后背必须为原状土，并保证支墩和土体紧密接触，如有空隙需用与支敦相同材料填实，水平支墩后背土壤的最小厚度应大于墩底在设计地面以下深度的3倍。
一般情况下在管径大于或等于300mm的供水管道在管道沿线安装有弯头、三通、异径管、阀门等的部位，需按照供水管道安全需求设置管道的水平支墩、竖向支墩；在管径大于600mm时还需在阀门井后设置拖拉支墩；当管径小于300mm或转弯角度小于10°，且水压不超过980Kpa时，因接口本身足以承受拉力，可不设支墩。
8、结束语
输水管道工程设计中除要求投资省、技术先进外还要充分考虑施工安装方便等方面的要求，因此设计时要全面的调查城镇的现状情况，气候情况及工程地质情况，合理的布置城镇输水管道，确定输水的输水规模，管道埋深，尽量避免考虑不周，给城镇带来不必要的浪费。只要我们对每一个环节认真研究，并深入现场不断总结经验，就可避免失误，使设计更趋完美。
参考文献：
[1]《室外给水设计规范》GB/50013-2006.
[2]给排水设计手册3-城镇给水第二版，中国建筑工业出版设出版.
[3]给排水设计手册1-常用资料第二版，中国建筑工业出版设出版.