南水北調(diào)供水管線穿越道路設(shè)計方案

陳亞男，雷雨，金超

（河南靈捷水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南 南陽 473000）

1 工程概況

1.1 供水管線情況

供水管線起點位于南水北調(diào)中線總干渠右岸南陽姜溝分水口門后水池，終點為許莊水廠。主要供南陽市西城區(qū)及白河以南城區(qū)用水，年均分配水量5 540萬m3。設(shè)計流量2.50 m3/s，采用DN1 400的PCCP管，工作壓力0.40 MPa。管線全長2.13 km。供水管線現(xiàn)已建設(shè)完成，但暫未通水運(yùn)行。

1.2 原西環(huán)路情況

擬建原西環(huán)路全長1 676 m，寬60 m，路幅為四塊板形式，設(shè)計時速60 km。路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，路面結(jié)構(gòu)使用年限15年。交通等級為中等，交通飽和年限20年。道路東側(cè)埋設(shè)污水管道與道路同時實施。污水管道采用DN800 mm 鋼筋混凝土II級承插管。

1.3 管線穿越與鄰接道路段情況

供水管線以“Z”型布置，沿規(guī)劃棗莊路向東，穿越原西環(huán)路后，以89.76h拐角向南鄰接原西環(huán)路。樁號1+576～1+718 段供水管線穿越原西環(huán)路樁號K1+014～K1+067 段，樁號1+718～1+942 段供水管線鄰接原西環(huán)路樁號K1+067～K1+294 段道路東側(cè)，之后供水管線以90.00h拐角向東至終點許莊水廠。

供水管線穿越道路及污水管道段規(guī)劃路面高程130.42～130.19 m，埋設(shè)污水管道底高程126.23～126.08 m，供水管線頂高程125.44～125.45 m。污水管道與供水管線間凈距0.79～0.63 m，不滿足南水北調(diào)配套工程管理規(guī)定：“其他工程管線跨越供水配套工程管涵的最小垂直凈距中污水管線1 m 垂直凈距”的要求。供水管線鄰接道路段水平凈距0～15 m，鄰接范圍內(nèi)路面布置為綠化帶及非機(jī)動車道；供水管線在道路樁號K1+067～K1+148 段鄰接污水管道，水平凈距10～15 m，樁號K1+148之后污水管道位于供水管線保護(hù)范圍外。

2 工程設(shè)計

2.1 方案比選

2.1.1 管線穿越道路方案比選

2.1.1.1 管線穿越處道路為橋梁方案

根據(jù)供水管線管徑，原西環(huán)路跨越管線位置需修建跨度13 m的交通橋，橋梁寬度90 m，下部采用直徑1 m樁基礎(chǔ)。該方案通過橋梁架設(shè)，路面荷載將不再直接作用于供水管；缺點是橋梁樁基施工，會造成供水管線周圍土層的擾動，不利于供水管線的安全；后期供水管線運(yùn)行檢修時，需要進(jìn)行大開挖，不能滿足日常運(yùn)行檢修條件；橋梁建設(shè)涉及新增永久占地。

2.1.1.2 調(diào)整供水管線管材方案

更換現(xiàn)PCCP管供水管道為無縫鋼管，并在鋼管外設(shè)鋼筋混凝土套管。套管與鋼管間采用C15 自密實混凝土填充。該方案調(diào)整供水管線管材，施工簡單；不需新增臨時占地；通過更換管材及設(shè)套管，加大了供水管線的安全系數(shù)；道路的運(yùn)營對供水管線安全基本無影響；在供水管線運(yùn)營期間，局部檢修時，可在套管內(nèi)直接操作，避免了對道路通行造成影響；現(xiàn)水廠暫未運(yùn)行，方便施工。缺點是投資較大。

根據(jù)比選推薦調(diào)整供水管線管材方案：供水管道管材由PCCP管調(diào)整為鋼管，并在鋼管外套鋼筋混凝土管。鋼管與套管間用C15自密實混凝土填充。

2.1.2 污水管道和供水管線位置方案比選

2.1.2.1 污水管道下沉方案

污水管道采用倒虹吸形式，從供水管線下部穿越。按照垂直凈距不小于2 m控制。同時將進(jìn)出口豎井布置在配套工程保護(hù)范圍外，污水管道倒虹吸位于道路樁號K0+965～K1+148段，長183 m。該方案中污水管道下沉，滿足垂直凈距1 m 的要求。但污水管采用重力流形式運(yùn)行，泥沙和油污結(jié)合后沉積，很難抽排或人工清理，管道存在堵塞的風(fēng)險，加大了運(yùn)營期間的檢修和維護(hù)工作。且淤堵可能導(dǎo)致污水從檢查井中冒出，有污染供水管線水質(zhì)的風(fēng)險。

2.1.2.2 供水管線下沉方案

供水管線樁號1+837～1+848段為跨現(xiàn)狀支溝倒虹吸段，為減少局部水頭損失，設(shè)計下沉供水管線樁號1+549～1+837段，與現(xiàn)狀倒虹吸水平段順接，長度288 m。套管末端超出道路跨越供水管線末端樁號1+718 處113 m，保證了原西環(huán)路鄰接供水管線水平凈距不小于10 m。下沉段供水管線中心線下沉深度0.93～0.97 m。該方案通過供水管線下沉結(jié)合前述更換管材及套管，加大了供水管線的安全系數(shù)，后期原西環(huán)路加寬或者道路級別調(diào)整，對供水管線影響較小。

綜上所述，推薦供水管線下沉方案：減小了道路運(yùn)營對管線的影響，確保供水管線安全；通過套管設(shè)計避免外部污、雨水等污染供水管線水質(zhì)；滿足日常巡護(hù)檢查的需求。同時根據(jù)規(guī)劃，該處即將新建污水管網(wǎng)，屆時，將位于南水北調(diào)供水管線管護(hù)范圍內(nèi)的污水管網(wǎng)封堵，將原西環(huán)路污水管網(wǎng)接入新建管網(wǎng)，避開南水北調(diào)供水管線管護(hù)范圍。

2.2 管線穿越與鄰接設(shè)計

2.2.1 線路布置

根據(jù)原西環(huán)路和供水管線的位置關(guān)系，結(jié)合該區(qū)域整體規(guī)劃，采取沿用原供水管線走向不變。

供水管線套管起始端布置超出道路跨越范圍外5 m，末端與樁號1+837～1+848 倒虹吸水平段順接，設(shè)計下沉供水管線樁號為1+549～1+837 段，下沉管線長度288 m；供水管道斜坡段不設(shè)套管，套管段樁號為1+571～1+831長度260 m。結(jié)合道路綠化帶布置，污水管道樁號K0+965～K1+148段管材調(diào)整為鋼管外設(shè)套管，長度183 m。

2.2.2 管材選取

結(jié)合供水管道及污水管道管徑及工作壓力，下沉段供水管道采用Q355C鋼管替代PCCP管道，管徑D1 420 mm，工作壓力0.40 MPa；套管采用DN1 800 頂管用Ⅲ級鋼筋混凝土鋼承口管。污水管道采用Q355C 鋼管替代鋼筋混凝土排水管，管徑DN820 mm，壁厚10 mm；套管采用DN1 000頂管用Ⅲ級鋼筋混凝土鋼承口管。

鋼管安裝前先進(jìn)行除銹，內(nèi)防腐采用IPN8710-2B 型水溶漆防腐涂料，三道底漆，三道面漆，顏色為灰色；外防腐為3PE外防腐層。

2.2.3 供水鋼管壁厚計算

鋼管主要承受內(nèi)水壓力和外部土壓力荷載，考慮管道埋置深度，受土拱作用，主要荷載為內(nèi)壓，根據(jù)內(nèi)水壓力荷載計算管道壁厚：

式（1）（2）中：δ一鋼管計算壁厚，mm；P—設(shè)計壓力，按照試驗壓力0.90 MPa；D—鋼管外徑，1 420 mm；［σ］—鋼管的許用應(yīng)力，MPa；K—設(shè)計系數(shù)，取0.30；Φ—焊縫系數(shù)，無縫鋼管取1.00；σs—鋼管的最小屈服強(qiáng)度，取355MPa；T—溫度折減系數(shù)，取1.00；C—腐蝕余量，取4.00 mm。

經(jīng)計算，供水管道計算壁厚10 mm，設(shè)計考慮富裕度選取12 mm厚鋼管。

3 施工中出現(xiàn)主要問題及處理方法

3.1 對未調(diào)整段供水管線的保護(hù)

在施工過程中，施工車輛可能從未調(diào)整段供水管線管身上通過，對管道產(chǎn)生不利影響。因此在施工非道路區(qū)管線兩側(cè)設(shè)置圍擋；在道路跨越供水管線位置增設(shè)30 mm厚鋼板襯墊，襯墊范圍為道路跨越管道管護(hù)范圍及其外延5 m的區(qū)域；不允許載重超過10 t的運(yùn)輸車輛等在供水管線上方通行。

3.2 套管內(nèi)鋼管的安裝

套管內(nèi)鋼管傳統(tǒng)的安裝方法是在套管上鋪設(shè)槽鋼軌道，用小車托舉鋼管在軌道上利用卷揚(yáng)機(jī)牽引行進(jìn)，這種方法的缺點是小車容易發(fā)生傾斜不易控制。改進(jìn)為參考帶式輸送機(jī)運(yùn)行原理，將拖輪固定在鋼筋混凝土套管內(nèi)壁，形同輸送機(jī)的托輥；鋼管由卷揚(yáng)機(jī)牽引，直接在拖輪上行進(jìn)。這種方法易于操作，拖輪與鋼管間為滾動摩擦，減小了前進(jìn)阻力。

4 結(jié)語

項目是道路及下部污水管道在南水北調(diào)受水區(qū)供水配套工程管理及保護(hù)范圍內(nèi)跨越、鄰接供水管線工程的設(shè)計方案。通過下沉供水管線，采用無縫鋼管對供水管道及其上部污水管道管材進(jìn)行更換，在鋼管外設(shè)鋼筋混凝土套管，套管及鋼管間用C15自密實混凝土填充的方案，滿足了供水管線安全運(yùn)行及日常巡護(hù)檢查的需求，同時也加大了供水管線的工程安全及供水安全。