南水北調供水管線穿越道路設計方案

陳亞男，雷雨，金超

（河南靈捷水利勘測設計研究有限公司，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及白河以南城區用水，年均分配水量5 540萬m3。設計流量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。供水管線現已建設完成，但暫未通水運行。

1.2 原西環路情況

擬建原西環路全長1 676 m，寬60 m，路幅為四塊板形式，設計時速60 km。路面設計標準軸載BZZ-100，路面結構使用年限15年。交通等級為中等，交通飽和年限20年。道路東側埋設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，沿規劃棗莊路向東，穿越原西環路后，以89.76h拐角向南鄰接原西環路。樁號1+576～1+718 段供水管線穿越原西環路樁號K1+014～K1+067 段，樁號1+718～1+942 段供水管線鄰接原西環路樁號K1+067～K1+294 段道路東側，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劃路面高程130.42～130.19 m，埋設污水管道底高程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，不滿足南水北調配套工程管理規定：“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，鄰接范圍內路面布置為綠化帶及非機動車道；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范圍外。

2 工程設計

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

根據供水管線管徑，原西環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。該方案通過橋梁架設，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；后期供水管線運行檢修時，需要進行大開挖，不能滿足日常運行檢修條件；橋梁建設涉及新增永久占地。

2.1.1.2 調整供水管線管材方案

更換現PCCP管供水管道為無縫鋼管，并在鋼管外設鋼筋混凝土套管。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；通過更換管材及設套管，加大了供水管線的安全系數；道路的運營對供水管線安全基本無影響；在供水管線運營期間，局部檢修時，可在套管內直接操作，避免了對道路通行造成影響；現水廠暫未運行，方便施工。缺點是投資較大。

根據比選推薦調整供水管線管材方案：供水管道管材由PCCP管調整為鋼管，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。同時將進出口豎井布置在配套工程保護范圍外，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行，泥沙和油污結合后沉積，很難抽排或人工清理，管道存在堵塞的風險，加大了運營期間的檢修和維護工作。且淤堵可能導致污水從檢查井中冒出，有污染供水管線水質的風險。

2.1.2.2 供水管線下沉方案

供水管線樁號1+837～1+848段為跨現狀支溝倒虹吸段，為減少局部水頭損失，設計下沉供水管線樁號1+549～1+837段，與現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合前述更換管材及套管，加大了供水管線的安全系數，后期原西環路加寬或者道路級別調整，對供水管線影響較小。

綜上所述，推薦供水管線下沉方案：減小了道路運營對管線的影響，確保供水管線安全；通過套管設計避免外部污、雨水等污染供水管線水質；滿足日常巡護檢查的需求。同時根據規劃，該處即將新建污水管網，屆時，將位于南水北調供水管線管護范圍內的污水管網封堵，將原西環路污水管網接入新建管網，避開南水北調供水管線管護范圍。

2.2 管線穿越與鄰接設計

2.2.1 線路布置

根據原西環路和供水管線的位置關系，結合該區域整體規劃，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套管，套管段樁號為1+571～1+831長度260 m。結合道路綠化帶布置，污水管道樁號K0+965～K1+148段管材調整為鋼管外設套管，長度183 m。

2.2.2 管材選取

結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。

鋼管安裝前先進行除銹，內防腐采用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，主要荷載為內壓，根據內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］—鋼管的許用應力，MPa；K—設計系數，取0.30；Φ—焊縫系數，無縫鋼管取1.00；σs—鋼管的最小屈服強度，取355MPa；T—溫度折減系數，取1.00；C—腐蝕余量，取4.00 mm。

經計算，供水管道計算壁厚10 mm，設計考慮富裕度選取12 mm厚鋼管。

3 施工中出現主要問題及處理方法

3.1 對未調整段供水管線的保護

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

3.2 套管內鋼管的安裝

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

4 結語

項目是道路及下部污水管道在南水北調受水區供水配套工程管理及保護范圍內跨越、鄰接供水管線工程的設計方案。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行更換，在鋼管外設鋼筋混凝土套管，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行及日常巡護檢查的需求，同時也加大了供水管線的工程安全及供水安全。