有壓重力流輸水管道在坪上引水工程中的應(yīng)用

霍曉娟

(山西省水利水電勘測設(shè)計研究院)

1 工程概況

坪上應(yīng)急引水工程位于五臺縣滹沱河支流清水河上，其引水水源為坪上泉域的泉水。水源地距定襄縣城40 km，距忻州市60 km，供水范圍包括忻州市的忻府區(qū)、定襄縣和原平市。

引水工程的等別為Ⅲ等，主要建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇;穿越河段管線設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。工程分為供水工程和水源工程兩大部分，供水工程主要建筑物包括供水管道、加壓泵站、調(diào)壓池、管道附屬建筑物以及各供水點的調(diào)節(jié)池等。

2 供水管道設(shè)計

2.1 管線選擇

管線選擇從供水管道輸水方式、地形地質(zhì)條件、施工條件、工程運行管理、工程投資等多方面進(jìn)行詳細(xì)分析，經(jīng)多方案比較選擇線路走向。原則上是沿著地形布置，使線路最短，以減少大的土石方開挖和回填，并盡量避開現(xiàn)有建筑物。在選線時，常會出現(xiàn)溝槽段、穿越河段以及濕陷性黃土地基和不均勻地基，應(yīng)針對具體情況進(jìn)行特殊處理，使選線更加經(jīng)濟(jì)合理。

坪上應(yīng)急引水工程管線設(shè)計在供水規(guī)模相同、管材相同的條件下，采用有壓重力流輸水方式，以使運行期間的控制較為簡便。

2.2 管材選擇

供水工程管線全長97.84 km，根據(jù)供水管線總體布置方案，并結(jié)合目前國內(nèi)供水管道管材使用情況的調(diào)查，綜合考慮輸水管材發(fā)展趨勢，重點對玻璃鋼管(RPMP)、球墨鑄鐵管(DIP)和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)三種管材從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、運行管理等方面進(jìn)行了比選(詳見表1)。

由表1比較可知，與其他兩種管材相比，玻璃鋼管具有施工操作簡單、運輸安裝方便、維護(hù)管理簡便、運行費用低、投資少等技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。結(jié)合地形地質(zhì)條件和管道運行條件，除甲子灣—瑤池段、穿越滹沱河段及途經(jīng)定襄縣城段采用PCCP管，季莊—原平供水支線3#隧洞段采用鋼管外，其余地段全部采用玻璃鋼管。

2.3 管徑設(shè)計

供水管道管徑結(jié)合管道水頭損失計算，并兼顧各供水點調(diào)節(jié)池水位與季莊調(diào)壓池水位關(guān)系、調(diào)壓池地形條件、引水隧洞高程、泵站揚程等影響因素確定如下:供水干線管徑1.8 m;季莊—原平供水支線管徑1.4 m;季莊—忻府供水支線，包括季莊—定襄段和定襄—忻府段，管徑均為1.4 m。

2.4 管道埋設(shè)

2.4.1 管道埋深

根據(jù)《室外給水設(shè)計規(guī)范》(GB50013-2006)第7.3.1條規(guī)定，“管道的埋設(shè)深度，應(yīng)根據(jù)冰凍情況、外部荷載、管材強度及與其他管道交叉等因素確定?！庇捎诒竟こ坦┧芫€所處地區(qū)為北方寒冷地區(qū)，忻府區(qū)、定襄縣和原平市的最大凍土深度分別為1.09 m、1.17 m和1.21 m，為保證工業(yè)供水管線的安全，滿足其正常工作的要求，將供水管線埋置于冰凍線以下，確定管線的管頂覆土厚度為:在穿越一般道路、村莊、臺地、苗圃、耕地時為1.5 m，其余管段管頂覆土深度為1.2 m左右。

表1 玻璃鋼管與球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管比較表

2.4.2 管道敷設(shè)與基礎(chǔ)處理

供水線路埋地管道沿線途經(jīng)地段為滹沱河右岸階地、灘地和忻定盆地沖洪積平原，地層主要為上更新統(tǒng)坡洪積物、第四系全新統(tǒng)早期洪沖積物、上更新統(tǒng)沖積物，局部地段為非自重濕陷性黃土。根據(jù)地質(zhì)評價，供水線路及沿途建筑物的工程地質(zhì)條件均較好。

埋地管道均為開槽敷設(shè)。管道基槽開挖斷面在滿足施工安裝的前提下，其槽底寬度為管道外徑兩側(cè)各加0.5 m。開挖邊坡根據(jù)鋪設(shè)管道沿線的具體情況，并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料和PCCP管道、玻璃鋼管施工經(jīng)驗確定，穿河段開挖邊坡為1∶1，其他管槽開挖邊坡為1∶0.75?；坶_挖后鋪設(shè)厚0.15 m砂墊層，以防應(yīng)力集中損傷管道。對于非自重濕陷性黃土地帶，基槽開挖后夯實并夯填0.3 m厚3∶7灰土墊層。溝槽回填時，首先用回填材料將管道兩側(cè)拱腋下均勻回填，然后管兩側(cè)同時進(jìn)行對稱分層夯實，回填至設(shè)計埋深，干密度不低于1.5 g/cm3。

3#隧洞明敷管道采用鋼管，壁厚14 mm，管道采用滾動支座支承，支座間距15 m。管道內(nèi)壁防腐采用涂環(huán)氧瀝青厚漿型防銹底漆和環(huán)氧瀝青厚漿型防銹面漆處理，外壁防腐采用涂紅丹防銹底漆和醇酸防銹面漆處理，防腐處理前均需采用噴砂方法除污、除銹。保溫材料采用石棉保溫瓦。

2.5 交叉段設(shè)計

供水線路沿線共有各種交叉地段61處，其中跨越河段3處，穿越等級公路段18處，穿越村間公路段20處，穿越鐵路段8處，穿越干渠段4處，過溝段8處，不直接穿越村莊和工廠。

2.5.1 穿越河道設(shè)計

供水干線在樁號16+301.5-16+668.5 m處穿越滹沱河，季莊—原平供水支線在樁號30+813-31+416 m和10+530-10+990 m處穿越滹沱河。穿越河段地層巖性為低液限粉土，土顆粒細(xì)而均勻，結(jié)構(gòu)松散，其下為級配不良砂。根據(jù)管道穿河段的地形地質(zhì)條件，結(jié)合采取防護(hù)措施后的河道沖刷計算結(jié)果，過河段采用大開挖、河底埋管直接穿河方式。穿河段管道全部采用PCCP管道，埋設(shè)最低深度按管頂處于河床以下3 m計，開挖邊坡為1∶1，槽底開挖寬度為管道外徑兩側(cè)各加0.5 m。考慮管道下部級配不良砂穩(wěn)定性較差，對管道基礎(chǔ)進(jìn)行換填處理，換填0.5 m厚砂土，然后采用1.0 m厚碾壓干插片石擠密。處理后管道底部鋪設(shè)0.15 m厚砂墊層，管頂2.0 m以上覆蓋1.0 m厚的鉛絲籠石。鉛絲籠石順?biāo)鞣雷o(hù)范圍為上游20 m，下游10 m，頂部與原河床齊平。

2.5.2 穿越公路設(shè)計

供水管線沿線穿越等級公路段18處，主要為東坪公路、忻州至五臺公路、瑤三公路、定襄城邊公路等，同時穿越村間公路段20處。管線穿越等級公路地段路基填方高度均比較高，全部采用頂管方式通過;考慮到村間公路的車流量較小，荷載較小，穿越村間公路地段采用斷路開挖埋管后恢復(fù)原路面的方式通過。

2.5.3 穿越鐵路設(shè)計

供水管線沿線穿越鐵路段8處，其中穿越朔黃鐵路6處，太原—河邊鐵路2處。供水管線與兩條鐵路各有1處平交，采用頂管方式通過;其余6處結(jié)合地形條件采用在橋墩間埋管通過。因涉及鐵路部門管轄保護(hù)范圍，工程實施時需征求鐵路部門意見。

2.5.4 穿越干渠設(shè)計

供水管線沿線穿越干渠4處，其中永濟(jì)渠3處，忻定干渠1處，全部采用頂管方式通過。

2.5.5 過溝設(shè)計

供水管線沿線穿越?jīng)_溝8處，其中南老牛溝沖刷較深，溝底開闊，采用與穿河段相同的方式處理。其余沖溝匯流面積小，沖刷深度不大，采用埋管方式通過，頂部鋪設(shè)鉛絲籠石并砌筑漿砌石排水渠引導(dǎo)沖溝水流。

2.5.6 管道鎮(zhèn)墩

在輸水管線平面及垂直拐彎處，為確保管節(jié)間不脫開，設(shè)計中對≥4°的彎頭設(shè)C15鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩;對于＜4°的轉(zhuǎn)角采用化整為零的方法利用接頭偏轉(zhuǎn)來解決，不再設(shè)鎮(zhèn)墩。

3 結(jié)語

坪上應(yīng)急引水工程2007年11月開工，2010年6月試通水，2012年5月全部竣工。自投入運行以來，實現(xiàn)了全年不間斷供水，且未發(fā)生任何質(zhì)量事故，工程設(shè)計質(zhì)量經(jīng)受了考驗，實現(xiàn)了一次通水成功、長期穩(wěn)定運行的目標(biāo)。