城市水工程运行与管理 教学课件 ppt 作者 肖利萍 于洋 第14章 输配水工程的运行、维护与管理
城市水工程运行与管理 电子教案,第14章 输配水工程的运行、维护与管理,14.1 水管、管网附件和附属构筑物,14.1.1 水管材料和管件,输配水工程是给水系统中投资最大并且是极为重要的组成部分。 按照水管工作条件，水管基本性能应满足以下要求： 1）有足够的强度，可以承受各种内部水压和外部荷载。 2）水密性好，它是保证管网有效而经济地工作的重要条件。 3）水管内壁面应光滑、不结垢以减小水头损失。 4）水管材料应耐腐蚀，有较高的防止水和土壤的侵蚀能力。 5) 价格较低，使用寿命较长。 此外，水管接头应施工简便，工作可靠。 总之，水管应使管网运行安全、可靠、水质稳定、节省输水能量。,水管可分金属管（铸铁管和钢管）和非金属管（钢筋混凝土管、玻璃钢管、塑料管等）。水管材料的选择，取决于承受的水压、外部荷载、埋管地质及施工条件、市场供应情况等。现将各种管材的性能分述如下,14.1.1.1 铸铁管,根据铸铁管制造过程中采用的材料和工艺的不同，可分为灰口铸铁管和球墨铸铁管，后者的质量和价格比前者高得多，但产品规格基本相同。铸铁管经久耐用，有较强的耐腐蚀性。 连续铸造的铸铁管称灰口铸铁管，以往使用最广，但由于连续铸造工艺的缺陷，质地较脆，抗冲击和抗震能力较差，接口易漏水、易产生水管断裂和爆管事故，给生产带来很大的损失。目前，灰口铸铁管已逐渐被球墨铸铁管取代。,球墨铸铁管管壁较薄，质量较轻，节省管材。球墨铸铁管既具有灰口铸铁管的许多优点，而且力学性能又有很大提高，其耐压力是灰口铸铁管的多倍，抗腐蚀性能远高于钢管价格高于灰口铸铁管但低于钢管，因此是理想的管材。很少发生爆管、渗水和漏水现象。球墨铸铁管一般适用于大、中、小口径管道，我国目前生产的最大直径为1400mm，使用的最大直径为2600mm，国外最大直径已达2900mm。 球墨铸铁管已被国内建设主管部门和供水企业选定为今后首选的管道材料。 铸铁管接口有两种形式：承插式和法兰式。水管接头应紧密不漏水，特别是沿管线的土质不均匀而有可能发生沉陷时，埋在地下的水管接头必须稍带柔性。,承插式接口适用于埋地管线，法兰接口的优点是接头严密，便于拆装，检修方便，常用来连接泵站或水塔的进、出水管。为使接口不漏水，在两法兰盘之间嵌以35mm的橡胶垫片。 在管线转弯、分叉、管径变化以及连接其他附属设备处，须采用各种水管配件。,钢管可分为焊接钢管和无缝钢管两种。前者适用于大、中口径管道；后者适用于中、小口径管道。钢管的特点是能耐高压、耐振动、重量较轻、单管的长度大和接口方便，但耐腐蚀性差，管壁内外都需有防腐措施，并且造价较高。在给水管网中，通常只在管径大和水压高处，以及因地质、地形条件限制或穿越铁路、河谷和地震地区时使用。 钢管用焊接或法兰接口。所用配件如三通、四通、弯管和渐缩管等，由钢板卷焊而成，也可直接用标准铸铁配件连接。,14.1.1.2 钢管,在给水工程建设中，有条件时宜以非金属管代替金属管，对于加快工程建设和节约金属材料都有现实意义。钢筋混凝土管分为：自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管（分为普通型和加钢套筒型）。 预应力和自应力钢筋混凝土管具有良好的抗渗性和耐久性，防腐能力强，不需要任何防腐处理。管壁光滑，水力条件好，耐腐蚀性能优于钢管，不易腐蚀或结垢，爆管率低，但因水管重量大而质地较脆，不便于运输和安装。铺管时，沟底必须开挖平整，以免水管局部架空而受损，覆土必须夯实。目前还没有标准配件，须用特制配件连接，接口采用橡胶圈，施工安装方便。,14.1.1.3 钢筋混凝土管,玻璃钢管是一种新型的非金属材料，指玻璃纤维增强树脂塑料管（GRP），是以玻璃纤维和环氧树脂为基本原料预制而成，具有强度高、耐腐蚀、内壁光滑、不结垢、水头损失小、质量轻、加工和接口方便，在管径相同的条件下，其质量是钢管的40%、预应力钢筋混凝土管的20%，其综合造价介于钢管和球墨铸铁管之间。可考虑在强腐蚀性土壤处采用。,14.1.1.4 玻璃钢管,14.1.1.5 塑料管,塑料管近年来发展很快，种类很多，给水工程常用的塑料管有多种，如聚丙烯腈丁二烯苯乙烯塑料管（ABS）、高密度聚乙烯塑料管（PE）、聚丙烯塑料管（PP）和硬聚氯乙烯塑料管（UPVC）等,塑料管具有强度高、表面光滑、不易结垢、水头损失小、耐腐蚀性能优良、重量轻、加工和接口方便等优点。但是管材的强度较低，线膨胀系数较大，用作长距离管道时，需考虑温度补偿措施，例如伸缩节和活络接口。 塑料管常用管径为1550mm，小区多为DN100DN200,管径一般不大于DN400。配件有塑料三通、四通、90°弯管和阀门等。接口方式有焊接、胶合剂粘接、熔接或丝扣连接等。 上述各种材料的给水管多数埋设在道路下。水管管顶以上的覆土厚度，在不冰冻地区由外部荷载、水管强度以及与其他管线交叉情况等快定，金属管道的管顶覆土厚度通常不小于0.7m。非金属管的管顶覆土厚度应大于11.2m，覆土必须夯实，以免受到动荷载的作用而影响水管强度。冰冻地区的覆土厚度还应考虑土壤的冰冻线深度。,在土壤耐压力较高和地下水位较低处，水管可直接埋在管沟中未扰动的天然地基上。一般情况下，铸铁管、钢管、承插式钢筋混凝土管可以不设基础。在岩石或半岩石地基处，管底应垫砂铺平夯实，砂垫层的厚度，对于金属管和塑料管至少为100mm，对于非金属管道应不小于150200mm。在土壤松软的地基处，管底应有强度不小于C8的混凝土基础。如遇流砂或通过沼泽地带，承载能力达不到设计要求时，需进行基础处理。根据一些地区的施工经验，可采用各种桩基础。,14.1.2 管网附件,给水管网除了管道以外还应设置各种附件，以保证管网的正常工作。 管网的附件主要有调节流量用的阀门，提供消防用水的消火栓，其他还有控制水流方向的止回阀、安装在管线高处的排气阀、安装在管线低处的泄水阀和安全阀等。,阀门是控制水流、调节管道内的流量和水压以及管网检修的重要设备。阀门通常放在管网节点及分支管处、穿越障碍物和过长的管线上。阀门的布置要数量少而调度灵活。主要管线和次要管线交接处的阀门常设在次要管线上。承接消火栓的水管上要安装阀门。阀门的口径一般和水管的直径相同，但当管径较大阀门价格较贵时，可安装口径为0.8倍水管直径的阀门以降低造价。 给水用的阀门包括闸阀和蝶阀等。闸阀也叫闸板门，是给水管上最常见的阀门。闸阀的闸板有楔式和平行式两种。根据阀门使用时阀杆是否上下移动，可分为明杆和暗杆两种。明杆是阀门启闭时，阀杆可随之升降，因此易于掌握阀门启闭程度，适宜于安装在泵站内。暗杆适用于安装和操作地位受到限制之处，否则当阀门开启时因阀杆上升妨碍工作。一般选用法兰连接方式。,14.1.2.1 阀门,蝶阀的功能和一般阀门相同，但结构简单，阀的长度较小，开启方便，重量轻，旋转90°就可全开或全关。由于密封结构和材料的限制，只在中、低压管线上应用。连接方式有对夹和法兰连接两种方式。 闸阀和蝶阀均有手动和电动之分。,14.1.2.2 止回阀,止回阀也叫单向阀或逆止阀，主要功能是限制水流朝一个方向流动。阀门的闸板可绕轴转动，水流方向相反时，阀门因自重和水压作用而自动关闭。止回阀一般安装在水压大于196kPa的水泵出水管上，防止突然停电或其他事故时水流倒流而损坏水泵设备。微阻缓闭止回阀和液压式缓冲止回阀还有防止水锤的作用。,排气阀安装在管线的隆起部分，使管线投产时或检修后通水时，管内空气可经此阀排出。平时用以排除从水中释出的气体，以免空气积在管中，以致减小过水断面积和增加管线的水头损失。长距离输水管一般随地形起伏敷设，在高处设排气阀。一般采用的单口排气阀垂直安装在管线上。排气阀放在单独的阀门井内，也可和管网其他配件合用一个阀门井。,14.1.2.3 排气阀,14.1.2.4 泄水阀,泄水阀须安装在管线的最低处，它和排水管连接，以排除水管中的沉淀物以及检修时放空水管内的存水。泄水阀和排水管的直径，由所需放空时间决定。为加速排水，可根据需要同时安装进气管或进气阀。,消火栓是发生火警时的取水龙头，分地上式和地下式两种。一般，后者适用于气温较低的地区。每个消火栓的流量为1015L/s。地上式消火栓一般布置在道路旁消防车可以驶近的地方，在道路两侧或单侧安装。地下式消火栓安装在阀门井内。安装间距通常为100120m。,14.1.2.5 消火栓,14.1.3 管网附属构筑物,14.1.3.1 阀门井,为便于操作和维护，输配水管道上的各种附件，一般应设在专用地下井内，如阀门井、消火栓井、排气阀井、放水井等。为了降低造价，配件和附件应布置紧凑。井的平面尺寸，取决于水管直径以及附件的种类和数量。但应满足阀门操作和安装拆卸各种附件所需的最小尺寸。井的深度由水管埋设深度确定。阀门井一般用砖砌，也可用石砌或钢筋混凝土建造。地下井的形式根据所安装的附件类型、大小和路面材料而定。,14.1.3.2 支墩,承插式接口的管线，在转弯处、三通处、水管尽端的盖板上以及缩管处，都会产生拉力，接口可能因此松动脱节而使管道漏水，因此在这些部位须设置支墩以承受拉力和防止事故。但当管径小于300mm或转弯角度小于10°，且所承受的水压力不超过980kPa时，因接口本身足以承受拉力，故可不设支墩。,给水管道在穿越各种障碍物如过铁路、公路、河道和深谷时，必须采取一定的措施。管线穿越铁路或公路时，其穿越地点、方式和施工方法，应满足有关技术规范要求。根据其重要性，可采取如下措施：穿越临时铁路或一般公路，或非主要路线且水管埋设较深时，可不设套管，但应尽量将铸铁管接口放在轨道中间，并用青铅接口，钢管则应有防腐措施；穿越较重要的铁路或交通频繁的公路时，水管须放在钢筋混凝土套管内，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 m m，顶管法施工时应比给水管的直径大600 m m。穿越铁路或公路时，水管管顶应在铁路路轨底或公路路面以下1.2m左右。管道穿越铁路时，两端应设检查井，井内设阀门或排水管等。,14.1.3.3 管线穿越障碍物,管线穿越河川山谷时，可利用现有桥梁架设水管，或敷设倒虹管，或建造水管桥。给水管架设在现有桥梁下穿越河流最为经济，施工和检修比较方便，通常水管架在桥梁的人行道下。 倒虹管从河底穿越，其优点是隐蔽，不影响航运，但施工和检修不便。倒虹管一般用钢管，并须加强防腐措施。当管径小、距离短时可用铸铁管，但应采用柔性接口。倒虹管设置一条或两条，在两岸应设阀门井。阀门井顶部标高应保证洪水时不致淹没。井内有阀门和排水管。倒虹管顶在河床下的深度，一般不小于0.5 m，但在航道线范内不应小于1 m。倒虹管应选择在地质条件较好、河床及河岸不受或少受冲刷处。,调节构筑物用来调节管网内的流量，有水塔和水池等。建于高地的水池其作用和水塔相同，既能调节流量，又可保证管网所需的水压。当城市或工业区靠山或有高地时，可根据地形建造高地水池。如城市附近缺乏高地，或因高地离给水区太远，以致建造高地水池不经济时，可建造水塔。中小城镇和工矿企业等建造水塔以保证水压的情况并不少见。,14.1.4 调节构筑物,多数水塔采用钢筋混凝土或砖石等建造，但以钢筋混凝土水塔或砖支座的钢筋混凝土水柜用得较多。钢筋混凝土水塔的构造主要由水柜（或水箱）、塔体、管道及基础组成。进、出水管可以合用，也可以分别设置。进水管应设在水柜中心并伸到水柜的高水位附近，出水管可靠近柜底，以保证水柜内的水流循环。为防止水柜溢水和将柜内存水放空，需要设置溢水管和排水管，管径可和进、出水管相同。溢水管上不应设阀门。排水管从水柜底接出，管上设阀门，并接到溢水管上。溢水管不能直接和排放管道相连接，和水柜连接的水管上应安装伸缩接头，以适应温度变化或水塔下沉时产生的微小位移。水塔顶应有避雷设施。在寒冷有冰冻的地区，应在水柜外壁做保温防冻层。,14.1.4.1 水塔,给水工程中，常用钢筋混凝土水池、预应力钢筋混凝土水池和砖石水池等，其中以钢筋混凝土水池使用最广。一般做成圆形或矩形，当有效容积2500m3时，采用矩形较经济。水池应有单独的进水管和出水管，安装位置应保证池内水流的循环。此外
