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长距离输水管道运营安全防护措施分析

文档作者：周新民，李波，刘添俊文档来源： 1．广州市河涌管理处 2．广州市市政集团有限公司市政工程技术研究院		点击数：	更新时间： 2024年06月30日
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管线工程器
Pipeline Engineering
长距离输水管道运营安全防护措施分析
周新民 ，李波 ，刘添俊
(1．广州市河涌管理处，广东广州 510640；2．广州市市政集团有限公司市政工程技术研究院，广东广州 510060)
摘 要：结合广州市3条河涌联合补水工程，分析了长距离输水管道的工作特点和技术难点，并根据工程特点提出了安
全防护措施。重点论述了停泵水锤的防护措施、穿越重要交通节点的管道安全防护措施、建立完善的监测体系以及汛期
管线维护等问题，为类似工程提供参考。
关键词：输水管道；长距离；输水管道；安全防护措施；广州
中图分类号：TV 672．2 文献标志码：B 文章编号：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
众所周知，我国是水资源缺乏的国家，由于水资
源在时间和空间上分布不均匀，加剧了水供需矛盾⋯。
随着城市化进程的加快，社会的发展和居民生活水平
的提高以及人口增多，环境污染，一方面城市对水资
源的需求不断增长；另一方面，可利用的水资源不断
减少，这使得城市水资源短缺的危机日益显著。无论
是何种类型的缺水．最直接的解决途径是修建远距离
跨流域调水等输水系统工程。这类输水系统的主要目
标是解决地区间的水资源分配严重不平衡的现状，从
而实现水资源的优化配置。以南水北调工程为显著标
志的跨流域调水、远距离输水工程越来越多，其管线
往往受到多种因素的影响，呈现出起伏变化复杂的显
著特点。在日常运行中，尽管采取了许多措施，但各种
水锤事故仍然时有发生．比较常见的是停泵水锤，使输
水系统出现水柱分离、断流弥合的现象。这些现象引起
的强大水力冲击．严重威胁着整个输水系统的安全运
行。管道在运行期间对沿线周围的敏感建筑物(地铁、
桥梁、市政主干道、居民区等)也有一定的影响，如果
存在管理盲点。安全机制不健全，势必存在重大的安
全隐患，对社会安定造成严重威胁。因此，必须针对长
距离输水管道的运行特点，采取必要的安全防护措施
以保障整个输水管道的正常运行。笔者结合工程实例，
对长距离输水管道运营中的安全防护措施进行研讨。
1 工程概况
广州市3条河涌联合补水工程(简称“三涌补水”
工程)在珠江前航道边新建一级泵站(东圃泵站)，抽
取前航道潮水，管线沿东环高速公路东侧一车坡涌北
侧_+华南快速公路东侧，将珠江水提升至长溢村长虹
苗圃处调蓄池。沿线穿过黄埔大道、中山大道、广深铁
路、广园快速路、广氮立交等重要节点。并在调蓄池处
新建二级泵站(长虹泵站)抽取调蓄池水，采用埋管方
式分别为2条河涌补水：1)经化学研究所一长滋村一
广汕路一元岗村一南华路一五十铃客车厂一沙河涌；
2)经华南快速路东侧铺道(接五山路)一凤阳路一华
农内湖一华工内湖一猎德涌。同时，采用重力流埋管为
流经调蓄池边的车坡涌补水。
“三涌补水”工程分4期实施：一期为东圃泵站。
二期为环城干线管道(单管，管材为DN1 800预应力钢
筒混凝土管，总长9 553 m，工作压力1．0 MPa，输送水流
量5．775 m3／s)。三期为调蓄池及其水质处理设施、长虹
泵站、车坡涌引水管。四期为沙河涌、猎德涌2条支线管
道(沙河涌支线管采用双管，管材为DN1 400mm预应力
钢筒混凝土管。单管长度4 044 m，常流水流量4．2 m ；
猎德涌支线管采用单管，管材为DN800 mm预应力钢
筒混凝土管，单管长度3 764 In，常流水流量1．2 m3／s)。
该工程为广州市大型重点水利工程。施工及服务
2012-~$4期(7一)第3o卷辛荭技术89
万方数据
器管线工程
Pipeline Engineering
范围在城市中心区，工程结构类型与涉及学科专业众
多，且沿线有诸多的敏感构造物和大型居住小区，导致
管道系统的运营技术复杂、安全防护难度大。
该工程具有以下特点和技术难点：
1)管线上设有各种类型的阀门(蝶阀、排气阀、排
泥阀、闸阀等)数十个。水泵与阀门开关较为频繁，使得
管道系统内部的水利过渡过程十分复杂。
2)补水工程输水管道所经地质条件复杂，土层分
布极不均匀，拐角多，穿越湖泊、道路较多，尤其是穿
越几条交通干线的重要节点。
3)管道沿线有诸多的敏感建筑物和大型居住小区，
在运行过程中管线与其相互影响。
2 维护输水管道运行的安全措施
2009年6月．广州“三涌补水”工程完工正式输水
运行。运行3年来，未出现爆管事故。输水管线运行情
况良好。事实说明，做好输水管线的管理与维护工作，
是确保“三涌补水”工程安全运行、正常供水的关键。
笔者结合该工程管理经验，就长距离输水管道运行维
护的安全防护措施进行探讨。
2．1 停泵水锤的防护措施
停泵水锤是由于泵站工作人员操作失误，外电网
事故跳闸以及自然灾害(大风、雷击、地震)等原因，致
使水泵机组突然断电而造成开阀停车时．在泵站及管
路系统巾所发生的水锤现象嘲。一般情况下，停泵水锤
影响最为严重，是水锤事故中最常发生的事故，其对
泵房和管路的安全有极大的威胁，国内有几座水泵房
曾发生因停泵水锤而导致泵房淹没或管路破裂的重
大事故。在泵房和输水管路设计时应考虑可能发生的
水锤情况，并采取相应的防范措施避免水锤的发生，或
将水锤的影响控制在允许范围内。广州“三涌补水”工
程。属于高扬程、大流量的长距离调水工程。由于各种
外部原因的影响、开关泵及阀门较为频繁，为防止停
泵水锤的发生，采取了两种主要措施：
1)在水泵的出口安装电动止回蝶阀
该电动止回蝶阀的运行在实际过程中分为快关
和慢关两个阶段，重锤矩的大小是通过改变工作重锤
沿摇杆轴方向的位置来调节的。重锤的作用是当介质
刚开始倒流时，阀瓣在重锤的作用下立刻向关闭方向
运动，在内部缓冲缸的作用下。再实现第二阶段缓闭，
从而减小水锤压力，防止大量水流倒泄，减少或制止
供水机组的倒转现象。
在“三涌补水”工程设计初期，结合工程的实际情
90 ，{}荭技术2012 No．4(Ju1．)Vo1．30
况，在电动止回蝶阀的安全防护下，对停泵暂态过程
进行了计算机仿真模拟，得出了蝶阀防护水锤的最优
关闭过程。在水泵机组事故停机、系统失电或其他原
因导致水泵停止等紧急情况下，蝶阀事故关阀回路可
自动接通．使蝶阀在重锤和动力水矩的双重作用下，按
预先程序(时间和角度)分快、慢两阶段关阀，这样既
能开关管路，避免管道内大量水体倒流或使管道失压，
防护水泵的反转速度超过水泵的飞逸转速。又能以缓
闭的形式有效消除破坏性水锤。
2)在管道上安装735型压力波动预止阀
此阀是一种液压自动控制阀。它被用于减小因水
泵开启、关闭或断电而造成停泵时引起的压力波动，从
而保护水泵管网系统。
其具体功能体现在：突然停泵时，水流由于惯性
作用，首先产生水柱分离(趋势)引起系统压力下降，
随后分离水柱发生弥合．两股分离水柱剧烈碰撞形成
压力很高的弥合水锤，产生巨大的压力波动。此时，压
力波动预止阀的低压泄压导阀可感应到这种最初的
压力下降，预先开启主阀，随后而来的弥合高压将主
阀完全打开，泄放系统高压，从而起预防水锤的功能。
高压导阀感应到高压力波后，同样会开启主阀，并使
主阀保持开启状态。液压或机械的流量控制器可限制
阀门的开启，这一装置有效地控制了压力波动，并保
证主阀及时关闭，不产生额外的系统压力损失。当系统
高压降低接近于设定值时，高泄压导阀关闭，主阀上
控制腔中的压力随之增加，主阀关闭，系统中的压力
恢复至正常状态。
压力波动预止阀除了具有可预防水锤功能，还具
有将过高压力排向大气，从而维持预设的最大系统压
力的功能。当系统压力超出高压泄导阀的设定值时，
高压泄压导阀开启，主阀上控制腔中的压力减小，主阀
开启使系统泄压，从而维持系统的预设压力值。系统
压力降低到泄压导阀设定值。导阀将关闭，主阀上控
制腔中的压力会增加并缓慢关闭以维持预设系统压
力值。
“三涌补水”工程除采取上述两种主要水锤防护
措施外，还通过增大管道直径、壁厚；选用转动惯量
GD2较大的电动机；输水管线尽量布置成平缓管路，减
少管路的陡峭度，以避免出现峰点或坡度加剧，在不
能避免时．采取在管路各峰点安装可靠排气阀等一系
列措施，有效地避免了水锤现象的发生，保障了整个
输水管道的正常运行。
万方数据
2．2 穿越重要交通节点的管道防护措施
“三涌补水”管道穿过东环高速公路、华南快速公
路、黄埔大道、中山大道、广深铁路、广园快速路、广氮
立交等重要交通节点，为了避免输水管道受到压损，分
别采取了以下保护措施：
1)安装混凝土套管，套管两端采用发泡材料进行
密闭。防止管道遭受外界腐蚀，即使遭到重压变形．套
管内输水管道仍有一定的挤压空间，若出现破裂问题
也可以方便维修或换管。
2)采用混凝土包管，在管道外侧浇筑混凝土以保
护管道。
3)在条件允许的情况下，修建预留涵洞，供管道
穿越。
4)在岩石和半岩石地基处，管底铺设砂垫层．分
层夯实；在土壤松软的地基处，管底浇筑混凝土基础
支撑，满足强度要求。
5)管道管顶覆土必须夯实，以免在动荷载的作用
下影响管道强度。
以上措施有效地解决了“三涌补水”工程中管道
穿越交通节点的难题，保证了动荷载作用下整个输水
管道的安全运行。 ，
2．3 建立完善的监测体系
1)对重要交通节点以及周围敏感点的监测
“三涌补水”工程中建立了完善的监测维护体系，
加强对重要交通节点以及节点周围的管道监测。重点
监测管道本身的开裂以及不均匀沉降等安全事项．确
保管道的运行安全．尽量降低外界因素对管道运行的
干扰。目前，已布设光纤监测系统，除对全线管道进行
动态监测外，还对管道穿越的重要交通节点进行重点
监测，将监测信息汇总到信息中心，通过这种先进的
监测技术，能第一时间发现异常管道位置，及时进行
抢修和维护，将损失降低到最低。
要保证管线的正常运行，不仅要关注管线自身的
运行情况。还需要关注周围环境及其他建筑物与管线
的相互影响。因此，为使“三涌补水”工程的运行安全
得到确实保障，正在筹划管道与沿线敏感构筑物以及
大型居民区影响的监控工作，并采取数值模拟方式。模
拟管道在运行期间与周边建筑物相互影响的范围及
大小。以便采取预防措施避免安全事故的发生，真正
做到防患未然。只有这样，才能从根本上保证整个管道
系统及其沿线的安全。
2)对管道重要阀门的监测维护
管线工程器
Pipeline Engineering
“三涌补水”工程阀门数量众多，1个小小的阀门
也能直接影响管线的正常运行，因此，常规的阀门维
护工作也很重要，不能忽视。
输水管道上的阀门经常启闭的是少数，多数阀门
是很少启闭的，如果长时间不动作，一旦启闭易引起失
灵，对整个输水工程的运营安全造成不良影响。因此，
阀门的维护保养对于管道的正常运行是非常重要的【3l。
在运行期间对“三涌补水”工程中的排气阀、排泥阀、蝶
阀、闸阀等阀门进行重点的检查和监测工作。指派专
人，专项、定期进行检查和维修，防止安全隐患的发生。
2．4 汛期管线维护
在河流汛期，由于水质浑浊，不但对供水水质产
生影响，而且水中泥沙进入各类阀体内部，极易引起
阀门失灵，对管道安全不利。因此，必须及时清洗管道
上的排气阀等阀件，打开排泥阀泄掉沉积在管道内的
浑水。珠江的汛期为4月中旬至9月，为保障“三涌补
水”工程的正常运行，就要在此段时间内加强对各种
阀件的检修，减少因水质浑浊对阀门造成的不利影响。
3 结语
笔者以广州市3条河涌联合补水工程为例，阐述
了长距离、大流量输水管道在运营过程中存在的安全
问题以及相应的治理措施。通过安装必要的防水锤装
置，并且结合计算机仿真结果，合理安排阀门开关最
优方案，能够有效地防止水锤事故的发生；在管道穿
越重要交通节点处，为避免受到动荷载影响而使管道
破坏，采取预留涵洞、加装套管、处理管底不良地基等
措施保护输水管道的安全运行；另外，建立了对管道、
周边敏感点以及阀门的完整监测体系，防止安全隐患
的产生，保证整个管道系统及其沿线的安全。“三涌补
水”工程的运行管理经验．可对类似长距离输水管道
的安全运营起到一定的借鉴作用。
参考文献：
[1】任光照．可持续利用与有效保护水资源IJI．中国软科学，1995
(7)：9—11．
[2】金锥，姜乃昌，汪兴华，等．停泵水锤及其防护[M]．2版．北京：
中国建筑工业出版社，2004：12．
[3】侯林，高山，刘涛，等．平山水源工程长距离输水管线的运行
与管理『J]．给水排水，2003，29(11)：76．
收稿日期：2012—03—27
作者简介：周新民，男，高级工程师，博士，主要从事水力工程的建设
与管理工作。

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