輸水管道工程正深段設(shè)計要點綜述

王建勇

摘 要 正深段輸水管道工程是石家莊南水北調(diào)配套工程的骨干工程，管道規(guī)模大、穿越工程多，是關(guān)鍵節(jié)點。本文主要介紹了正深段配套工程的設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞 南水北調(diào)配套;石家莊;輸水管道;正定

前言

正深輸水管道工程是石家莊南水北調(diào)配套工程的骨干工程，管道規(guī)模大、穿越工程多、施工工期長，是影響工程如期通水的關(guān)鍵節(jié)點。

1輸水方式及管道條數(shù)

1.1 輸水方式

根據(jù)各地表水廠水位，按管徑和泵站揚程組合方案進行了比選，正定支線由于干管水位低于水廠地面高程，需采用加壓輸水方式，其余管線通過選擇合適的管徑實現(xiàn)自流輸水，盡量減少工程投資[1]。

1.2 管道條數(shù)

根據(jù)《室外給排水設(shè)計規(guī)范》 “輸水干管不宜少于兩條，當(dāng)有安全儲水池或其他安全供水措施時，也可修建一條”。本工程管道條數(shù)的確定主要考慮了以下因素：

供水不足或突發(fā)事故時，對水資源進行統(tǒng)一調(diào)度和配置，充分利用當(dāng)?shù)氐乇硭勺鳛閭溆盟础?/p>

選用管材的安全性和管材的總體性能。本次管材選用了具有承受內(nèi)外壓力高、接口密封性好、抗?jié)B能力強、結(jié)構(gòu)可靠性高的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管和球墨鑄鐵管。

不同方案的投資比較。綜合以上因素，本工程確定的布置方案為：取水口至正定新區(qū)分水口輸水干線采用雙排管道輸水方案;其余管線采用單排管道輸水方案。

2管道布置和敷設(shè)

2.1 縱斷面設(shè)計

管道的埋設(shè)深度主要根據(jù)外部荷載、管材強度、土壤地基、沖刷深度、凍土深度、管道抗浮穩(wěn)定以及上部耕種等因素確定。

管線穿越的一般地段多為耕地，耕作要求的覆土深度不小于2.0m，外部荷載如地面堆積荷載、地面人群荷載、地面一般車輛荷載等對管道的安全運行影響較小。綜合分析，管道一般地段埋深不小于2.0m，對于管徑小于1.0m的管道埋深要求不小于1.5m，穿越工程如穿越鐵路、公路管段根據(jù)穿越工程的具體情況和行業(yè)規(guī)程、規(guī)范確定具體埋深。

2.2 管溝開挖

采用挖弧法施工，開挖土基圓心角為120度。管基面采用人工開挖。一般地段臨時開挖邊坡：黏性土1：0.75，密實無黏性土及混合土層1：1，松散無黏性土1：1.25～1.5;當(dāng)開挖深度大于5m時，每5m設(shè)寬1.5m馬道。

2.3 管材選擇

對預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、焊接鋼管（SP）三種管材進行了比選。

取內(nèi)壓0.6MPa和外壓覆土厚度3m進行了投資比較。當(dāng)管徑小于DN1400時，球墨鑄鐵管（DIP）價格較預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）底，管徑DN1400、DN1600，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）與球墨鑄鐵管（DIP）價格差別不大;管徑大于DN1800，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）價格低于球墨鑄鐵管（DIP）。因此直徑1400mm及其以下管材選用DIP，直徑1400mm以上管材選用PCCP。

由于穿越工程管道長度不大、鋼管施工方便，因此在穿越建筑物處選用鋼管[2]。

3水力計算

3.1 進水池輸水管道底高程確定

進水池輸水管道底高程根據(jù)管道的最小淹沒深度和管徑確定。選取的管底高程高于進水池池底0.5m，最小淹沒深度滿足設(shè)計要求。

3.2 輸水管道水壓線

輸水管道水壓線根據(jù)確定的管道縱斷面通過水頭損失計算確定。主管材預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）糙率系數(shù)均取為0.012。

根據(jù)管道工作壓力外包線圖，確定正定段輸水管道工作壓力為：輸水干線管道0.4MPa、支線管道0.2MPa。

3.3 水錘計算

根據(jù)輸水管道布置及供水流量分配情況，選擇輸水管線最長的深澤管道出口調(diào)流閥、分水流量最大的正定新區(qū)出口調(diào)流閥及最遠的檢修閥關(guān)閉情況進行水錘壓力計算。

根據(jù)水錘計算成果，深澤管道出口調(diào)流閥20分鐘關(guān)閉，輸水管道內(nèi)水錘升壓小于工作內(nèi)壓的40%;正定新區(qū)管道出口調(diào)流閥15分鐘關(guān)閉，水錘升壓小于工作內(nèi)壓的40%;最遠端檢修閥20分鐘關(guān)閉，水錘升壓小于工作內(nèi)壓的40%，滿足《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[3]》的要求。因此確定各閥門關(guān)閉時間不小于20分鐘。

4基礎(chǔ)處理及管溝回填

4.1 基礎(chǔ)處理

為減少管道不均勻沉陷，對地基為松散的粉砂、填土段采用基底面夯實、換填并夯實處理措施，夯實壓實度不小于周邊未處理地基密實度。

4.2 管溝回填

管道兩側(cè)管頂50cm以下的回填土，采用管溝開挖土分層鋪設(shè)，其中預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）壓實度不小于0.90，球墨鑄鐵管（DIP）壓實度不小于0.95;頂部50cm范圍回填開挖的表層腐殖土;其他部位的回填土壓實度不小于0.85。

穿越一般道路段管溝回填土，壓實度滿足路基要求，不小于0.95（重型擊實）。

5管道防腐設(shè)計

管道防腐包括：鋼管內(nèi)、外防腐，PCCP管道內(nèi)、外防腐和接口防腐，球墨鑄鐵管防腐。

鋼管外防腐采用防腐效果好、便于施工、造價較低的環(huán)氧煤瀝青特加強級（六油兩布），厚度不小于0.6mm。由于鋼管用量較少，其內(nèi)防腐采用環(huán)氧白陶瓷防腐，涂層厚度不小于0.6mm。

管道埋設(shè)深度范圍內(nèi)土壤對鋼結(jié)構(gòu)具有弱～中腐蝕性，根據(jù)《初步設(shè)計技術(shù)規(guī)定（試行）》，PCCP管道外防腐采用無溶劑型環(huán)氧煤瀝青，厚度0.6mm。管道接口型鋼防腐，采用無毒環(huán)氧漆，厚度60μm;管道安裝完成后外加水泥砂漿抹帶。

球墨鑄鐵管一般為定型產(chǎn)品，管內(nèi)防腐為水泥砂漿，管外防腐為噴鋅加環(huán)氧煤瀝青，無須二次防腐處理。

6管道水壓試驗

管道安裝完成后依據(jù)《給水排水工程施工及驗收規(guī)范[4]》（GB50268-2008）進行水壓試驗，試驗段長度按檢修閥布置一般為5～10km。

試驗壓力：PCCP干管0.6MPa，PCCP支管0.3MPa，DIP支管0.4MPa。管道采用允許滲水量作為合格標(biāo)準(zhǔn)判定依據(jù)，允許滲水量：DN1800 PCCP管5.94L/min.km，DN1600 PCCP管5.6L/min.km，DN800 DIP管2.7L/min.km。

參考文獻

[1] 石家莊市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程正定段初步設(shè)計報告.

[2] 城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程：CECS_193-2005[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[3] 給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB_50332-2002[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[4] 給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范：GB50268-2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.