峽山水庫水源地濰河中水收集管道工程施工設(shè)計(jì)

第一作者簡(jiǎn)介：劉春潔（1972-），女，工程師。研究方向?yàn)樗こ淘靸r(jià)與工程施工管理。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.025

摘" 要：濰河作為峽山水庫上游主要水源，沿線分布的眾多污水處理廠排放的中水嚴(yán)重影響水庫及河道水質(zhì)，不能滿足水源地水質(zhì)目標(biāo)Ⅲ類以上的要求，亟需對(duì)入河中水實(shí)施集中收集、引調(diào)利用。該文全面介紹濰河中水收集管道工程的平面總體布置與設(shè)計(jì)指標(biāo)，從管道水力計(jì)算、管材選擇、橫斷面設(shè)計(jì)、施工要求和交叉建筑物設(shè)計(jì)等方面對(duì)該工程的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述和分析，可為其他中水收集工程設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：中水；管道；施工設(shè)計(jì)；水質(zhì)保護(hù)；濰河

中圖分類號(hào)：TV67" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）21-0106-05

Abstract： The Weihe River is the main water source in the upper reaches of the Xiashan Reservoir. There are many sewage treatment plants along the Weihe River， and the discharged reclaimed water seriously affects the water quality of reservoirs and rivers. Therefore， the water quality of the Weihe River cannot meet the requirements of above class III of water quality target of water source， and it is urgent to implement centralized collection， diversion and utilization of reclaimed water entering Hanoi. This paper introduces the overall layout and design index of reclaimed water collection pipeline project in the Weihe River， expounds and analyzes the design scheme of this project from the aspects of pipeline hydraulic calculation， pipe selection， cross section design， construction requirements and cross building design， etc.， which can provide reference for other reclaimed water collection project design.

Keywords： reclaimed water; pipelines; construction design; water quality protection; the Weihe River

峽山水庫作為山東最大的人工水庫，是山東省級(jí)戰(zhàn)略水源地和膠東地區(qū)調(diào)蓄樞紐[1]，具有供水、防洪、灌溉等功能，是國家一級(jí)飲用水水源保護(hù)區(qū)。濰河是其主要入庫水源，入庫河流水質(zhì)較差[2]，沿線分布銀河、舜河、舜王、鑫興、百尺河和昌城等污水處理廠，中水排入一直以來威脅著峽山水庫水質(zhì)安全[2]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，入河中水排放量逐年加大[1]，中水直排入河更是加劇了水源地的水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)壓力。為保障峽山水庫戰(zhàn)略水源地及上、下游輸水河道水質(zhì)安全，進(jìn)而保障濰坊市及膠東半島地區(qū)的供水安全，緩解濰坊市中心城區(qū)主要景觀河道生態(tài)用水短缺形勢(shì)，并相繼為工程沿線提供工農(nóng)業(yè)用水、為濱海城區(qū)白浪河提供生態(tài)用水，達(dá)到置換優(yōu)質(zhì)水源使用指標(biāo)、壓減地下水開采量、改善水生態(tài)環(huán)境的目的，濰坊市委、市政府實(shí)施了峽山水庫戰(zhàn)略水源地水質(zhì)提升保護(hù)輸配水工程[3]，濰河中水收集管道工程是其重要組成部分[4]。本文通過該管道工程設(shè)計(jì)方案的闡述和分析，以期為庫區(qū)入河入庫中水外調(diào)、提高中水資源利用率以及其他中水收集工程設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

1" 工程概況

濰河中水收集管道工程是峽山水庫戰(zhàn)略水源地水質(zhì)提升保護(hù)輸配水工程的重要組成，工程采用管道輸水的方式，工程范圍主要在諸城市境內(nèi)。峽山水庫戰(zhàn)略水源地水質(zhì)提升保護(hù)輸配水工程納入了山東省補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)、培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)重點(diǎn)項(xiàng)目清單，以保障峽山水庫水質(zhì)安全為主要任務(wù)，主要供水對(duì)象為濰坊市中心城區(qū)生態(tài)用水，設(shè)計(jì)供水規(guī)模近期1.83億m3，遠(yuǎn)期2.37億m3。管道工程包括濰河中水收集管道、汶河中水收集管道、峽山湖濕地引水管道、峽山湖濕地至汶河輸水管道、汶河至虞河輸水管道、各補(bǔ)水河道配水管道及各污水廠中水收集支管等，共計(jì)敷設(shè)管道長(zhǎng)度128.48 km，設(shè)各類管道井257座。其中，濰河中水收集管道工程作為上游水源地輸配水工程建設(shè)的重要內(nèi)容，共計(jì)敷設(shè)管道長(zhǎng)度39.46 km，設(shè)各類管道井96座。根據(jù)SL 252—2017《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，按供水對(duì)象重要程度、設(shè)計(jì)流量及年引水量等指標(biāo)，綜合分析確定本工程規(guī)模為中型。

2" 平面布置及設(shè)計(jì)指標(biāo)

濰河中水收集管道工程主要包括濰河中水收集干管工程、各污水廠中水收集支管工程（圖1），共計(jì)敷設(shè)管道長(zhǎng)度39.46 km，設(shè)各類管道井96座。濰河中水收集干管自濰河拙村閘下游左岸舜河污水廠以東、沿濰河左堤向北敷設(shè)至古縣村南，沿途依次收集銀河、舜河、舜王、鑫興、百尺河和昌城等污水處理廠排放中水。污水廠中水收集支管包括銀河、舜河、舜王、鑫興、百尺河和昌城6條中水收集支管。其中，銀河中水收集支管自銀河污水處理廠東北排水管引出，向北敷設(shè)至濰河右堤，向西穿濰河后沿左堤向北敷設(shè)，接入濰河中水收集干道；舜河中水收集支管自舜河污水處理廠東北現(xiàn)狀排水管道處引出，向東敷設(shè)至濰河左岸中水收集管道；舜王中水收集支管自舜王污水處理廠東現(xiàn)狀排水管道處引出，向東敷設(shè)至濰河左岸中水管道；鑫興中水收集支管自鑫興污水處理廠西北現(xiàn)狀排水管引出，穿韓信溝后沿韓信溝左岸向北敷設(shè)，依次途經(jīng)東老莊村、楊義莊村、鄭家河岔村、蘆河村敷設(shè)至濰河，穿濰河匯入左岸濰河中水收集管道，沿途收集百尺河污水處理廠達(dá)標(biāo)排放中水；百尺河中水收集支管自百尺河污水處理廠現(xiàn)狀排水管引出，沿羊角溝右岸向南途經(jīng)前桃園村南、順平路、東屯村南生產(chǎn)路敷設(shè)至韓信溝，穿韓信溝后匯入鑫興中水收集支管；昌城中水收集支管自昌城污水處理廠西北現(xiàn)狀排水管道引出，向西穿濰河匯入濰河中水收集管道。

綜合考慮隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展污水處理廠處理規(guī)模增加及遠(yuǎn)期各縣（市、區(qū)）中水回用等因素，各污水處理廠中水收集支管長(zhǎng)度、規(guī)格型號(hào)、收集規(guī)模及管道設(shè)計(jì)流量詳見表1，其中管道最大瞬時(shí)設(shè)計(jì)流量考慮1.2倍的時(shí)變化系數(shù)。

3" 管道工程設(shè)計(jì)

3.1" 管道水力計(jì)算

管道的總水頭損失由沿程水頭損失及局部水頭損失組成。管道沿程水頭損失參考相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)手冊(cè)，采用謝才公式計(jì)算

hy=，

C=R1/6，

式中：hy為管道斷面平均流速，m/s；v為管道斷面平均流速，m/s；l為管段長(zhǎng)度，m；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑，m；n為管道糙率，PCCP管取0.012。

局部水頭損失包括彎管、閥門等水頭損失，采用下式計(jì)算

hj=ζ"，

式中：hj為管道局部水頭損失，m；ζ為局部水頭損失系數(shù)，查《水力計(jì)算手冊(cè)》確定；v為管道斷面平均流速，m/s；g為重力加速度，取值9.8 m/s2。長(zhǎng)距離輸水管道局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計(jì)算。

本工程范圍內(nèi)管道均為重力自流管道，包含非滿管無壓管道及滿管有壓管道。重力自流段管道先按滿管壓力管道進(jìn)行試算，如管段沿線的地形高差大于水頭損失，則可實(shí)現(xiàn)自流。并根據(jù)每段管道比降、出口水位分段試算管道損失，如壓力水頭線高于管頂，則為滿流；如壓力水頭線低于管頂，則為非滿流。主要管道水力計(jì)算結(jié)果見表2。

3.2" 管材及接口型式

管道主要采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管），外徑1 000 mm以下的管道采用雙膠圈內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPDL），外徑1 000 mm及以上的管道采用雙膠圈埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPDE）。過河頂管、過路套管內(nèi)穿管道及閥井連接處均采用防腐鋼管。

混凝土管接口均采用雙膠圈柔性承插接口，管道接口處內(nèi)外均采用聚硫密封膠灌縫。鋼管與鋼管間采用剛性焊接接口，鋼管與閥門、伸縮節(jié)等管件間采用法蘭連接，不同管材之間采用轉(zhuǎn)換件連接，轉(zhuǎn)換件接口根據(jù)連接管材要求確定。

管道用橡膠密封圈應(yīng)采用圓形截面的實(shí)心膠圈，膠圈的尺寸和體積應(yīng)與承插口鋼環(huán)的膠槽尺寸和配合間隙相匹配。橡膠密封圈的基本性能和質(zhì)量要求應(yīng)符合JC/T 748—2010《預(yù)應(yīng)力與自應(yīng)力混凝土管用橡膠密封圈》的規(guī)定，橡膠密封圈的性能試驗(yàn)遵循了JC/T 749—2010《預(yù)應(yīng)力與自應(yīng)力混凝土管用橡膠密封圈試驗(yàn)方法》的規(guī)定。

3.3" 管道埋深和覆土要求

按照GB 50013—2018《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)管道的埋深、管溝橫斷面、管道基礎(chǔ)及地基處理等進(jìn)行設(shè)計(jì)。輸水管線沿程敷設(shè)方式以直接地埋式開挖施工為主。管道埋設(shè)深度既滿足輸水安全的要求，還考慮了本工程環(huán)境溫差、冬季凍土層深度，以及本地區(qū)的地形情況、外部荷載、管材強(qiáng)度、河道沖刷深度、地下水水位及管道基礎(chǔ)等因素。為了確保管身安全和盡量節(jié)省工程投資，本工程設(shè)計(jì)最小管頂覆土深度：外徑1 600～2 000 mm PCCP管（含螺旋鋼管）段管頂覆土為1.5 m；外徑1 600 mm以下管段管頂覆土為1.0 m；對(duì)局部不足設(shè)計(jì)覆土厚度的，要求回填至設(shè)計(jì)厚度，或局部混凝土包封處理。管道過河（溝）倒虹設(shè)計(jì)洪水沖刷線以下1.5 m埋深，穿越公路處管頂覆土深度不小于2.5 m。此外，管頂覆土在滿足抗浮穩(wěn)定計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)閥井設(shè)置進(jìn)行了調(diào)整。

3.4" 管溝橫斷面設(shè)計(jì)

管道沿線管溝斷面選擇為梯形，管道溝槽底部的開挖寬度按管道外徑與管道兩側(cè)的工作面寬度之和考慮，有支撐要求時(shí)，還考慮了支撐厚度。按照GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定，管道一側(cè)的工作面寬度符合規(guī)范要求，寬度表見表3。

表3" 管道一側(cè)工作面寬度表

參照管道沿線工程地質(zhì)勘察報(bào)告，管道沿線設(shè)計(jì)管溝斷面選擇為梯形，管道兩側(cè)預(yù)留寬度滿足管道安裝施工要求。降水后管槽開挖邊坡1∶0.75～1∶2，粉砂巖開挖坡比1∶0.2，并根據(jù)管溝開挖深度情況，必要時(shí)采用支護(hù)結(jié)構(gòu)挖槽成型。管槽具體開挖坡比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及臨時(shí)邊坡穩(wěn)定要求確定，并加強(qiáng)了施工期邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)塌坡險(xiǎn)情。雙管之間的凈距考慮開挖方量、臨時(shí)占地，本工程雙管敷設(shè)時(shí)，管道凈距不小于1.0 m，頂管凈距根據(jù)管徑及頂管工藝確定。

3.5" 管道基礎(chǔ)及地基處理

為保證管槽底部平整、便于施工降水，管底采用200 mm厚中粗砂基礎(chǔ)（砂石基礎(chǔ)需包注管道的1/3），管道兩側(cè)用回填土分層夯實(shí)。過河、溝開槽埋設(shè)管道，下方鋪設(shè)200 mm碎石墊層疊加中粗砂基礎(chǔ)（砂石基礎(chǔ)需包注管道的1/3），管道兩側(cè)用回填土分層夯實(shí)，管頂以上500 mm處鋪設(shè)300 mm厚C30混凝土保護(hù)層。對(duì)于不良地基，結(jié)合施工條件，進(jìn)行地基土質(zhì)換填，直到能滿足工程要求。管道施工為確保安全和施工質(zhì)量，必要時(shí)采取了支護(hù)。

3.6" 交叉建筑物設(shè)計(jì)

本工程主要涉及管道穿越河道、等級(jí)道路、普通道路和鐵路交叉建筑物設(shè)計(jì)。管道工程主要穿越河道包括濰河、益民河及韓信溝等，穿越河、溝一般采用倒虹型式開挖施工或頂管施工，并參照DB 37/T 3704—2019《涉水建設(shè)項(xiàng)目防洪與輸水影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》和《山東省涉水建設(shè)項(xiàng)目防洪與輸水影響評(píng)價(jià)技術(shù)要點(diǎn)暫行規(guī)定》相關(guān)要求進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。其中，沿線穿越濰河、益民河、渠河采用泥水平衡法頂管河底穿越，頂管埋設(shè)深度在相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水沖刷深度1.5 m以下，穿河頂管采用頂管用加厚防腐鋼管，頂管井及頂管施工工藝由具備相應(yīng)資質(zhì)隊(duì)伍進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)；穿河倒虹吸設(shè)計(jì)根據(jù)情況設(shè)置排水管，排水管出口端設(shè)有排水（泥）閥門干井和排水濕井，頂管倒虹全部采用鋼管，鋼管通過特制承插口管件與前、后段的PCCP管連接，對(duì)于局部不具備設(shè)置倒虹條件的，采用螺旋鋼管外包混凝土穿越，混凝土頂高程低于河底或河道設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的沖刷線高程。

管道穿越等級(jí)公路主要為G22青蘭高速，共穿越2處，分別為濰河左岸2根外徑為2 400 mm的套管，韓信溝左岸1根外徑為2 000 mm的套管。根據(jù)《中華人民共和國公路法》及《公路安全保護(hù)條例》，管道穿越高速公路、國道以及省道，應(yīng)在保障交通暢通的前提下，征得公路主管部門的同意后，宜采用頂鋼筋混凝土套管、內(nèi)穿螺旋鋼管方式穿越，混凝土套管與輸水螺旋鋼管之間充填中粗砂。對(duì)于部分道路寬度較寬、交通量較大、開挖施工對(duì)周邊影響較大的市政道路或縣鄉(xiāng)道，采用頂套管方式穿越。此外，管道工程與縣道、鄉(xiāng)道、臨時(shí)公路等相交處較多，采用開挖施工進(jìn)行敷設(shè)。為了輸水管道的安全穩(wěn)定，防止管道受重壓，對(duì)于車流量較大及汽車荷載超過汽-20標(biāo)準(zhǔn)的道路采用鋼管外套混凝土管。施工完畢，按標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)原路面。對(duì)于臨時(shí)道路及小車通過的道路，采取了加固次管區(qū)的辦法，即將該段管道次管區(qū)及機(jī)械回填部分全部采用人工分層回填夯實(shí)，直至地面。

本段工程范圍內(nèi)穿越鐵路主要為膠新鐵路，共穿越2處，分別為濰河左岸2根外徑為2 400 mm的套管，韓信溝左岸1根外徑為2 000 mm的套管。根據(jù)鐵路部門要求，管道穿越鐵路委托了有資質(zhì)的單位專項(xiàng)設(shè)計(jì)、施工。

4" 結(jié)束語

濰河中水收集管道工程是峽山水庫戰(zhàn)略水源地水質(zhì)提升工程中水外調(diào)利用建設(shè)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵措施，工程實(shí)施后可有力保障峽山水庫戰(zhàn)略水源地水質(zhì)安全，優(yōu)化峽山水庫水源地水資源配置，從根本上杜絕中水入庫，提高中水資源利用率，改善入庫水質(zhì)及沿線水生態(tài)環(huán)境。

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