陇南市两当县徐杨河引水工程输水管道设计方案分析

马佶琴

（甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司，甘肃 兰州730000）

1 工程概况

两当县徐杨河引水工程是以城市供水为主的工程，供水主要对象为两当县城区、城关镇、金洞乡周边乡村的工业、农业及生活用水，设计水平年近期为2025年，供水人口1.61万人。设计水平年远期为2030年，设计供水人口2.48万人[1]。供水工程主要由取水枢纽、输水管线工程、安全贮水池、净水厂等组成，取水枢纽从徐杨河孔家沟段取水，引水至两当县城新建净水厂，以解决两当县城区的居民生活和工业等用水困难问题，为发展特色产业、增强发展能力提供水资源保障。本文主要从引水工程输水管线布置、管材比选、设计管径的大小比较以及穿管隧洞等方面进行论述，为该工程选择出管线布置合理、管材适用经济以及管径满足供水需求的供水方案。

2 输水管线布置方案比较

2.1 方案比较

杨河引水工程取水水源至县城较远，根据地形、施工、运行管理条件，输水管道选择单管加安全贮水池与双管两种方案进行比较，两方案采用同一管线。具体比选方案如下[2，3]：

1）单管+安全贮水池方案：管道布置采用单管，在末端设1万m3安全贮水池，安全贮水池后接净水厂。单管布置，管径较大，总管材费用较小；管槽开挖量小，管线施工简单，临时占地少管线投资较小，单根管道供水保证率较低，但由于增加了安全贮水池，可满足管道发生事故时供水要求保证率亦可满足要求。

2）双管方案：管道布置采用双管，在末端接净水厂。双管布置，管径较小，总管材费用较大；管槽开挖量相对较大，临时占地多，管道投资大；采用两条管道输水，运行安全、可靠，但工程投资比单管+安全贮水池方案高。

综合比较，本次选择的输水线路从地形条件来看，均适合单管和双管布置，双管方案管径较小，但管材的用量较单管多1.7倍，管道的投资大，而且管槽开挖量大，临时占地较大。而单管加安全贮水池方案具有运行灵活，供水保证率可满足要求等优点，投资略小，故本工程选择单管方案作为输水管线布置的推荐方案。取水枢纽至安全贮水池输水管线布置见表1。

2.2 管材的选择

本工程输水管线属长距离有压输水管线系统，根据本工程的情况，用于输水工程的管道主要考虑有球墨铸铁管、钢管、玻璃纤维增强塑料夹砂管、硬聚氯乙烯管（PVC-U管）、改性聚氯乙烯管（PVCM）、聚乙烯管（PE）、预应力钢筒砼管（PCCP）等。本输水管材各类管材中进行比较，并从适应水量及水压，工作压力，埋深及承受压力等要求出发，从各种管道的用途、对水质的影响，水头损失及糙率n值，管材制作、运输及现场安装情况，管材施工难易程度，运行维修以及管材重量，管道造价及发展趋势等方面进行统计和分析比较[4]。各种管道性能价格比较见表2，表3。

表1 取水枢纽至安全贮水池输水管线布置

表2 各种管道性能价格比较表

表3 各种管道性能价格比较表

综合上述七种管材，各自都有优缺点[5]，结合本工程区的地质地形条件，及本工程中管道工作压力≥1.0Mpa的情况，从管槽开挖、管道的制造到在管槽内安装整个土建施工程序考虑以及工程安全运行的要求、工程造价等综合因素，本工程根据管段压力及管基地质情况，分段选择不同的管材。

本工程输水管道的工作压力≥1.0MPa，所以本工程宜不采用玻璃纤维增强塑料夹砂管、预应力钢筒砼管（PCCP）及聚乙烯（PE）管。

工作压力高达1.0Mpa以上管段主要考虑球墨铸铁管和钢管进行比较，由于球墨铸铁管承压能力较低，管节短，接口数量多，因管段所处地段工程地质条件及水文地质条件均须做防腐处理，分析比较后钢管和球墨铸铁管每米造价接近。由于大部分管线位于河床及沟道中，受水流冲刷威胁较大，钢管整体性好，抗冲刷破坏能力较强，同时管段压力较高，而且城市供水的高保证率（P=95%）对管道的检修时间相应有提出要求，钢管和球墨铸铁管相比优势突出，综合考虑安全及经济因素，故本工程输水管道设计选用螺旋钢管。

2.3 输水管径的确定

本工程输水管道采用单管，起点高程1208.5m，末端高程1014.96m，管线总长25.866km，可采用重力流自流输水。管径选择一是考虑管内流速应大于0.6m/s，以防泥沙淤积[6]，二是管线在刘家沟与北崖沟之间需翻越两沟之间的分水岭，分水岭最低高程1297m，高出取水枢纽处管道起点水位约90m，比较后管线采用设穿管隧洞的方式穿越分水岭，以满足重力流输水要求。因此，本段管道水头损失不宜过大，以免穿管隧洞过长，投资过大。为满足流速大于0.6m/s，管内径应小于400mm。对管径D=323.9mm、377mm两种进行比较。当钢管管径 D=323.9mm（外径）时，穿管隧洞长约 2800m；管径D=377mm（外径）时，穿管隧洞长1570m。管径D=323.9mm穿管隧洞投资增加约415万元，管材投资减少约200万元，总投资增加约215万元。因此，本段管道管径以D=377mm（外径）为宜。穿管隧洞出口736m处（桩号22+610）至净水厂管道总落差约91m，管线长3.256km，每公里管长可用水头较大，管径选择以尽量利用水头减小管径为原则，经计算，管径D=219mm（外径）时，本段管道水头损失约66m，小于可用水头，输水流量满足设计要求。

3 穿管隧洞设计

管道在20+304～21+874处布置穿管隧洞，长1.57km，隧洞纵坡1/400。因输水线路中穿管隧洞作为最重要的建筑物之一，受地形、地质条件的影响较大，施工较为复杂，本文应专门进行研究。隧洞呈城门洞型，断面尺寸按施工断面控制，隧洞净高2.0m，顶拱呈半圆形，半径0.9m，两侧直墙高1.1m，底板厚0.2m。穿管隧洞进出口均设现浇C20钢筋砼洞脸，洞脸顶宽0.8m，顶部设0.3m×0.3m排水沟。穿管隧洞进出口设进人孔，底板侧墙厚0.3m，顶部设预制C25钢筋砼盖板，厚0.2m，内尺寸1.8m×1.8m×3.1m。

根据围岩岩性及类别分为两种衬砌类型：

1）Ⅰ型洞：Ⅳ类围岩，围岩稳定性较差，需及时进行加固衬砌。

衬砌结构：临时支护和永久衬砌结合的结构形式。施工期临时支护结合永久衬砌顶采用系统锚杆，挂网喷砼，喷混凝土厚度为8cm；拱顶及侧墙采用Φ20系统锚杆锚固，锚杆长2.0m，深入岩石1.90m，外露 0.10m，呈梅花状布置，间排距1.5m，并设间距1.2m的Ⅰ12钢拱架形式组合衬砌。

2）Ⅱ型洞：Ⅴ类围岩，洞进、出口加强段，施工期临时支护，采用系统锚杆，挂网喷砼，喷混凝土厚度为15cm；拱顶、侧墙采用φ20系统锚杆锚固，锚杆长 2.0m，伸入岩石1.85m，外露0.15m，呈梅花状布置，间排距1.0m，并设间距0.8m的Ⅰ12钢拱架形式组合衬砌。

穿管隧洞顶拱、侧墙为现浇C20钢筋砼，衬砌厚度为300mm，底板为200mm厚现浇C20砼。穿管隧洞内管道每隔6m设一支墩，支墩与侧墙间距为0.3m，支墩为现浇C20砼，长0.6m，宽0.4m。支墩与管道间设两毡二油垫层。隧洞进出口各50m范围内每隔10m设一条横向伸缩缝。

4 结论和建议

本文的研究杨柳河引水工程设计、施工提供了实施的根据和优化的设计成果，保证了陇南市和两当县用水的可靠性和经济性，还为以后研究长距离调水工程的技术安全性提供一定的借鉴意义。工程实施以后，可以解决的两当县县城居民、城关镇、金洞乡周边乡村共计1.6145万人和前来两当接受红色教育等方面的游人等用水困难问题。促进当地经济和社会的发展。