引洮二期配套工程靜寧縣供水管道跨越特殊段設計施工

馬耀忠

（甘肅甘蘭水利水電勘測設計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

引洮供水二期配套工程供水范圍涉及定西、白銀、天水市及平涼4 市8 個縣區，發展灌溉面積29.2 萬畝，年調水量3.15 億m3，工程規模為II 等大（2）型工程［1]。引洮供水二期配套靜寧縣城鄉供水小岔溝工程的主要進行調蓄水池、水廠、加壓泵站、高位水池和供水管線的建設，其中，建設供水管線2 條長度2.2 km，配水管道總長53.83 km。供配水管線線路長，在線路布置時考慮到地形地質、施工條件、管線長度及投資等因素的影響，不可避免的跨越溝、跨河道以及跨越公路等特殊段建筑物，在設計施工中供配水建筑物經過特殊段建筑物的選型設計以及與管道保護措施非常重要，不僅影響工程投資，還關系到整個工程施工及后期運行的安全。因此，本文主要從供配水管線跨越溝、跨河道以及跨路等特殊段建筑物進行研究，并提出合理的設計及施工技術方法，為工程設計及施工提供參考依據。

2 輸水線路跨溝（河）段設計

2.1 跨溝（河）輸水建筑物選型

本工程供配水管道跨越溝道共計6 處，總跨越長度約5391 m，其中水廠直供管道0+000～1+400 段沿五方河河道左右岸布置，李店干管0+150～3+875 段順五方河河道及I級階地布置，其余4 處均為橫跨溝道，配水管線跨溝統計見表1。

表1 配水管道跨溝一覽表

根據管道跨越天然河道、沖溝時均設置立體交叉排洪建筑物，以保證洪水順暢通過，保護管道安全，可選擇的跨溝建筑物為渡管、填方涵管和倒虹吸［2]。考慮到大部分管線布置高程較高，水頭充裕，跨溝建筑物選型需根據工程投資比較確定，在跨越小溝道且填方不超過10 m 時，采用渡管型式較經濟；在跨越大溝道時采用管橋（跨度小于40 m）或倒虹吸型式，但管道在跨越較深的溝道采用渡管時支撐排架高度過高，工程投資偏大，一般情況下，支撐高度超過20 m 時，不宜再采用渡管形式，應以倒虹吸型式穿越。渡管及橋式倒虹吸設計時，支撐墩不宜設置在主河（溝）道中心，應盡量采用大跨度渡管或鋼桁架管橋，跨度可采用30 m～40 m，主溝道盡量以大跨度通過，兩側可采用短跨度連接。

從表1 可以看出，本工程配水管線在跨越賈家河、治平河、葫蘆河3 條河道時，跨度分別為163 m、134 m 和242 m，跨度均較大，均超過40 m，根據以上選型原則，確定本工程管線跨越賈家河、治平河、葫蘆河3 條河道處均采用倒虹吸式埋管方案。根據平面布置，西張梁支管在樁號2+158～2+172 段跨越楊家溝，跨度較小為14 m。對此處跨溝建筑物進行渡管和倒虹吸式埋管兩種方案進行比較，比較方案如下：

方案一：渡管方案

此方案西張梁支管在樁號2+158～2+172 段跨越楊家溝處采用渡管方案，渡管總長20 m，管材采用φ114 聚氨脂保溫鋼管，共計3 跨，支墩高度4.73 m～4.84 m，采用現澆C25 鋼筋混凝土結構，截面尺寸500 mm×300 mm，底部設鋼筋砼擴大基礎，基礎埋入河床3.5 m。

方案二：倒虹吸式埋管方案

此方案西張梁支管在樁號2+158～2+172 段跨越楊家溝處采用倒虹吸式埋管方案，管道長度14 m，設計埋深2.5 m，采用鋼管，管道安裝后，對管道外包現澆C25 混凝土，呈矩形斷面，斷面尺寸900 mm×900 mm，外包混凝土兩側夯填砂礫石、頂部依次采用小塊石、大塊石、格賓籠塊石等防沖材料，上部采用原開挖料回填。兩方案經濟比較見表2。

表2 西張梁支管跨楊家溝處建筑物選型經濟比較表

經計算，方案一直接工程投資約1.14 萬元，方案二直接工程投資約9.16 萬元，方案一較方案二投資省8.02 萬元，結合以上選型原則綜合考慮，確定本工程西張梁支管跨越楊家溝處采用方案一。

2.2 跨溝、跨河管道管材選型

管材需進行比較后使用，本工程供水流量均較小，管徑均在400 mm 及以下，管材選擇主要對鋼管、球墨鑄鐵管及聚氯乙烯管（PVC-U）、聚乙烯管（PE）等管材等進行比較。結合本工程區的地質地形條件，及本工程中大部分管道工作壓力情況，從管槽開挖、管道的制造到在管槽內安裝整個土建施工程序考慮以及工程安全運行的要求、工程造價等綜合因素，對輸水壓力較大及跨溝跨河跨路的管段采用無縫鋼管和螺旋鋼管（管道壓力較大時，管道設計外徑大于300 mm 采用螺旋鋼管，管道設計外徑小于300 mm 采用無縫鋼管），管道鋼材為Q345B，其余均主要選擇PE100 型管材。

2.3 跨溝、跨河建筑物設計

根據跨溝建筑物選型原則，西張梁支管在樁號2+158～2+172 段跨越楊家溝處采用渡管方案，其余8 處（包括水廠直供管道沿途跨河4 處）管道跨河段均采用倒虹吸式埋管方案，渡管設計參考方案比選，本次重點進行倒虹吸式埋管設計。

為了防止管道或建筑物基礎受溝道水流及洪水的沖刷破壞，對跨溝段管道需進行防護。

（1）管道跨溝段埋管沖刷深度計算

管道跨溝（河）處沖刷深度計算，計算方法采用《堤防工程設計規范》中堤岸沖刷深度計算公式，對管道跨溝段均按P=5%設計洪水，進行沖刷深度計算。根據管道跨溝各段所處溝（河）道縱坡、河寬，采用明渠均勻流公式計算出管道跨溝處溝(河)道在P=5%設計洪峰流量時的水深和流速，計算結果見表3。

表3 配水管道跨溝處溝道水力要素計算成果表

經計算，管道跨溝（河）處泥沙起動流速Uc及局部沖刷深度hs計算結果分別見表4、表5。

表4 管道跨溝（河）處溝（河）道泥沙起動流速Uc 計算成果表

表5 管道跨溝（河）處溝（河）道沖刷深度計算成果表

（2）設計埋深確定

已建工程經驗證明，管道埋深對于管道及工程的運行安全至關重要，為了安全起見，根據前述沖刷深度計算結果，并結合附近工程實踐經驗，本工程管道埋深按設計埋深值確定為2.5 m～4.0 m，其中葫蘆河計算沖刷深度為3.41 m，管道跨河處設計埋深值確定4.0 m；其余幾處溝（河）道計算沖刷深度為0.11 m～-0.94 m，管道跨河處設計埋深值確定2.5 m。

（3）跨河（溝）處埋管防護措施

對于橫跨溝（河）道段埋設管道，設計均采用鋼管，管道設計埋深2.5 m～4.0 m。設計將跨溝段管槽開挖后，巖石、砂礫石地基不做基礎處理，土基需進行表面夯實，底部鋪設15 cm 厚現澆C15 砼墊層，將管道安裝后，管道外包現澆C25 鋼筋混凝土，呈矩形斷面，斷面尺寸900 mm×900 mm，外包混凝土兩側夯填砂礫石、頂部依次采用小塊石厚度1.0 m、大塊石厚度0.5 m、格賓籠塊石厚度0.5 m 等防沖材料，上部采用原開挖料回填。

對于李店干管0+150 m～3+875 m 段，管道順五方河布置，管道防護設計采用管槽開挖后底部鋪設15 cm 厚細沙墊層，將管道安裝后，兩側夯填砂礫石、頂部也及上部回填同上。

對于李店干管及水廠直供管道0+577～0+713、0+825～1+014 段局部臨河側布置的管道，設計將跨溝段管槽開挖后，巖石、砂礫石地基不做基礎處理，土基需進行表面夯實，底部鋪設15 cm 厚細沙墊層，其它處理方法同上。

3 跨路建筑物設計施工

根據輸水線路總體布置，本工程管道局部地段跨越省、縣、鄉、村等各級公路，其中水廠直供管線跨越鄉道1 處，配水管道跨越省、縣、鄉三級公路共37 處，其中跨越縣級及以上等級公路19 處，跨越鄉級及以下等級公路18 處。

管道跨越公路時，跨路建筑物選型需根據跨越公路等級、車流量等因素比較確定，當管線與縣級及以上等級公路相交時，由于車流量較大，一般采用頂管法施工；當管線與鄉級及以下等級公路相交時，一般將公路臨時局部改線，采用明挖施工，施工完成后對公路恢復原狀。管道跨越公路段管材全部采用鋼管，采用明挖施工的管線基礎應當加強處理，對管道采用現澆C25 鋼筋混凝土外包，呈矩形斷面，斷面尺寸900 mm×900 mm；管道地基為巖石、砂礫石地基時不做基礎處理，土基需進行表面夯實后底部換填30 cm 厚10%水泥土墊層，表層采用原開挖料回填并根據原路面標準對原路面進行恢復。

4 結論及建議

小岔溝工程在供配水道路布置時，不可避免的要跨越溝、跨河以及公路等建筑物，在設計時，既要考慮安全，又要權衡工程投資，因此在設計中要做好跨溝（河）、跨路的選型設計，在施工中按相關要求做好保護措施，如管道保護、河道防護、道路恢復、強化地基處理等，工程于2018年完工，現運行良好，效益顯著。