南水北調(diào)中線工程穿越小洪河頂管工程設(shè)計(jì)

梅世安

（固始水利建設(shè)投資開發(fā)有限公司，河南 固始縣 465200）

1 工程概況

某市南水北調(diào)中線工程輸水線路沿途穿越河流、溝渠20處，穿越長度3 308 m，其中流域面積大于20 km2以上的河流6條7 處，穿越長度1 413 m，施工采用直接開挖倒虹吸穿越，其中小洪河和重要干支渠采用頂管穿越。

小洪河是洪汝河流域的主要支流，發(fā)源于河南省舞鋼市伏牛山區(qū)，干流長251 km，流域面積4 287 km2，工程管線與小洪河交叉于淤泥河入小洪河口五溝營上游約9.50 km 處，樁號(hào)K16+180.00，上游控制流域面積1 035 km2。河道20 年一遇設(shè)計(jì)洪水流量為350 m3/s，設(shè)計(jì)洪水位為56.88 m。

2 穿越河（渠）工程布置原則

根據(jù)穿越工程布置原則：管線穿越河流、溝渠、公路、鐵路時(shí)盡量正交。某市南水北調(diào)中線工程管道穿越河流設(shè)計(jì)有兩種形式，即從河底線以下穿越和從河面線以上跨越。對(duì)于管線穿越較大河流的，要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、施工等方面進(jìn)行綜合分析比較，以確定最佳穿越方案。

根據(jù)工程穿越需要，當(dāng)管道從河底線以下穿越時(shí)，在滿足防沖、抗浮前提下，埋設(shè)深度一定要滿足設(shè)計(jì)要求，即在一般沖刷線以下0.50 m 或河底線以下1 m（兩者取大值）；若現(xiàn)場(chǎng)情況不能滿足時(shí)，必須采取相應(yīng)措施對(duì)管身進(jìn)行保護(hù)或加固設(shè)計(jì)。

當(dāng)管道從河面線以上跨越時(shí)，采用渡槽或架空管道，對(duì)有航運(yùn)要求的河流應(yīng)滿足航運(yùn)要求；當(dāng)利用已有或擬建橋梁敷設(shè)管道時(shí)，要征得相關(guān)部門的同意，并核算地基承載力是否滿足要求。

3 穿越河（渠）布置分析

南水北調(diào)中線工程輸水線路沿途穿越小洪河和重要干支渠采用頂管穿越，穿越河統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 某市南水北調(diào)中線工程輸水線路穿越河渠統(tǒng)計(jì)表

4 穿越小洪河頂管設(shè)計(jì)分析

穿越方案采用DN2000DIP 管外套鋼筋混凝土管防護(hù)，防護(hù)套管采用頂進(jìn)法施工，頂管起點(diǎn)樁號(hào)K15+885.72，終點(diǎn)樁號(hào)K16+215.72，頂管長度330 m，頂管進(jìn)口距小洪河左堤99.76 m，出口距右堤58 m，頂管管道距離河底最小深度為6 m，距路面約12 m。

頂管采用《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》中柔性接頭C 型鋼承口管，頂管管道為DN2600 鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管，壁厚235 mm，允許用頂力不超過該規(guī)范附錄A 規(guī)定的12 300 kN。管體混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C50，抗?jié)B等級(jí)不應(yīng)低于S8。頂管內(nèi)套DN2000DIP 管，球管壁厚20 mm，設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力為1.40 MPa，球磨鑄鐵管與套管之間采用同軸不同圓心結(jié)構(gòu)形式，管道間孔隙采用C15 自密實(shí)混凝土填充，填充高度為球管管頂高程，管道進(jìn)出口設(shè)工作井和接收井。

小洪河頂管工作井處地面高程57.30 m，井頂高程55.80 m，底板下底面標(biāo)高41.80 m，井深大于10 m，為深工作井，內(nèi)空尺寸為8.00 m×11.50 m，工作井井壁、底板及頂蓋梁板混凝土強(qiáng)度為C25，井壁厚0.70 m，底板厚0.60 m。工作井采用沉井法施工，下沉?xí)r可采取泥漿助沉措施。工作井的平面尺寸取決于管徑和管節(jié)的長度、頂管掘進(jìn)機(jī)的類型、派土方式、操作工具以及后座墻等因素，可以根據(jù)最終確定的工藝進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。接收井內(nèi)空尺寸為6.00 m×5.50 m，工作井井壁、底板及頂蓋梁板混凝土強(qiáng)度為C25，井壁厚0.70 m，底板厚0.60 m。工作井及接收井在頂管施工完畢后兼做檢修閥井。

5 穿越小洪河頂管允許最大頂力計(jì)算

管道穿越河道工程在非汛期施工，小洪河河道相對(duì)較大，施工期相應(yīng)較長，非汛期采用11 月至次年4 月，其余河道相對(duì)較小，非汛期采用12 月至次年2 月、11 月至次年4 月2 個(gè)施工期，分別計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》（CECS246-2008）8.1.1，鋼筋混凝土管頂管傳力面允許最大頂力可按下式計(jì)算：

式中：Fdc—混凝土管道允許頂力設(shè)計(jì)值（N）；Φ1—混凝土材料受壓強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.90；Φ2—偏心受壓強(qiáng)度提高系數(shù)，取1.05；Φ3—材料脆性系數(shù)，取0.85；Φ5—混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整系數(shù)，取0.79；fc—混凝土受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2），C50 混凝土為23.50 N/mm2；rQd—頂力分項(xiàng)系數(shù)，取1.30；Ap—管道的最小有效傳力面積（mm2）。

根據(jù)計(jì)算，鋼筋混凝土管頂管傳力面允許最大頂力Fdc=0.50×0.90×1.05× 0.85/1.30/0.79×23.50×1.75×106=16 083 kN。同時(shí)，根據(jù)《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》附錄A，DN2600柔性鋼承口管許用頂力為12 300 kN。最終取上述二者的小值12 300 kN 為管材允許頂力。

頂管的總頂力與施工的情況直接相關(guān)，因此某市南水北調(diào)中線工程設(shè)計(jì)未對(duì)總頂力進(jìn)行計(jì)算，施工單位施工前應(yīng)根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)總頂力進(jìn)行估算，以供施工機(jī)械選取。當(dāng)總頂力超過管材允許頂力時(shí)，應(yīng)設(shè)置中繼間。當(dāng)設(shè)置一道中繼間不能滿足時(shí)，再增設(shè)若干中繼間，直至滿足總頂力要求為止。

6 小洪河與工程管線交叉穿越設(shè)計(jì)

南水北調(diào)中線工程管線與小洪河交叉于淤泥河入小洪河口五溝營上游約9.50 km 處，五溝營為小洪河控制斷面，控制流域面積1 564 km2，區(qū)間除淤泥河匯流外某市南水北調(diào)中線工程無支流匯入，因此，下游五溝營控制流域面積減去淤泥河529 km2后，即可作為交叉斷面處控制流域面積，即上游控制流域面積1 035 km2。

小洪河與管線交叉處位于桂李節(jié)制閘下游，楊莊至小洪河與管線交叉處河段無支流加入，根據(jù)以上調(diào)度方案分析，管線交叉處洪峰流量根據(jù)楊莊以上設(shè)計(jì)洪水過程線按楊莊滯洪區(qū)控制運(yùn)用辦法經(jīng)調(diào)洪演算求得下泄洪峰流量。5-50 年一遇以下洪水時(shí)楊莊滯洪區(qū)泄洪閘最大下泄650 m3/s，當(dāng)桂李水位達(dá)到63 m 時(shí)，至桂李閘向老王坡滯洪區(qū)分洪300 m3/s，桂李以下河道下泄350 m3/s。由此可知，交叉斷面5-50 年一遇時(shí)河道洪峰流量均為350 m3/s，洪水位采用曼寧公式計(jì)算，根據(jù)河道形態(tài)，河床組成等特征參考《天然河道糙率表》，小洪河河道糙率取值為0.03。

7 結(jié)語

南水北調(diào)中線工程穿越小洪河采用頂管穿越，頂管設(shè)計(jì)部分以穿越小洪河最為典型。在南水北調(diào)中線工程穿越某市其余6 條交叉河流中，小洪河流域內(nèi)有實(shí)測(cè)流量資料，根據(jù)實(shí)測(cè)資料采用直接法計(jì)算，以期達(dá)到設(shè)計(jì)效果。