基于供水工程中压力管道的设计流程

林诗然

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 51063)

1 工程概况

稔平半岛供水工程从西枝江取水将水送至黄坑水库，通过输水建筑物和加压泵站，为沿海旅游基地、种植园、经济开发区等主要对象供水，并兼顾补充沿线稔山、铁涌、平海和港口四镇综合用水。西枝江鲤鱼岭作为稔平半岛供水工程取水口，取水流量为5.2m3/s。

2 管道平纵面设计

压力管道布置需要经过多次的现场查勘，确定初步的设计线路，然后下达地质跟测量勘察任务书，取得平纵面设计的最基础成果。结合平面测量图跟地质资料和现场踏勘结果进行管线布置。以下是平面布置的几点经验：①考虑管道布置经过的地块属性，比如：农田、林地和山地等；②管道尽量选择平坦的地方布置，比如路边，山边和河边等；③管道布置遇到地形复杂的情况，比如高山、河流和高速道路可采用隧洞、顶管和盾构等暗挖的施工方法通过[1]。

压力管道平纵面布置设计步骤：①根据前期的选址确定取水口和送水点；②在取得的测量图上绘制管道中心线；③根据管道中心线将管道跟地面的纵断面剖出来；④在纵断面上调整压力管道的覆土深度。

3 管道横断面设计

3.1 隧洞

本工程隧洞共有4条，包括1#鲤鱼岭隧洞、2#赛场坑隧洞、4#碧山隧洞、5#王爷径隧洞，隧洞开挖面为城门洞形，主要考虑隧洞过水面为圆形且为有压隧洞，隧洞衬砌及支护需要一定厚度，并且隧洞施工道路及排风等要求[2]。

围岩Ⅱ～Ⅲ类用隧洞1型标准断面；围岩Ⅲ类用隧洞2型标准断面；围岩Ⅲ～Ⅳ类、Ⅳ类用隧洞3型标准断面；围岩Ⅴ类用隧洞3型标准断面，且进行钢拱架支护。

输水隧洞典型断面型式表，见表1。

隧洞进洞口及出洞口边坡用放坡加锚杆支护。临时边坡采用1∶1坡比开挖，锚杆Φ20@2000，单根长度L=4.5m；坡面设Φ10@200钢筋网，喷C25混凝土护面，厚度120mm。坡面设Φ50PVC排水孔，洞口周边及边坡顶部设素混凝土截水沟和防护网。

3.2 埋地输水管

鲤鱼岭泵站至稔山分水口段，主管材为PCCP管，单节管长6m，管道内径2m，管线长13.7Km，管道采用沟埋方式铺设，管顶覆土厚度>2.5m，大部分管顶覆土厚度≤3.0m，管顶最大覆土厚度<6.0m。输水流量5.2m3/s，管内设计平均流速1.655m/s。正常运行工况下，管道管顶以上为16～39m水头。管线转弯处采用钢管，弯头止推采用外包混凝土镇墩。由地质报告知，该段地形地貌为一级阶地及低山丘陵。供水管地基主要为②-1第四系冲积黏土和②-2泥质细～中粗砂层；其余为中粗粒花岗岩全风化层。局部管道地基存在淤泥质土，需要进行基础处理。输水隧洞典型断面型式表，见表1；典型断面图，见图2。

表1 输水隧洞典型断面型式表

图2 典型断面图

3.3 管道穿公路

3.3.1 管道穿一般公路

输水管沿线穿越国道、省道、县道和众多的低等级公路，穿公路管道采用钢管外包钢筋混凝土型式[3]。混凝土强度等级C20，厚度除D900为300mm外，其余均为400mm。典型断面，见图3。

图3 典型断面图

3.3.2 顶管穿深汕高速

输水管线在桩号A15+255～A15+340穿越沈海高速，采用顶管方案，顶管直径D3000，顶管壁厚32mm，长度90m，顶管内铺D2000钢管，壁厚20mm。出发井和接收井为矩形，长×宽=15m×12m，采用连续墙+混凝土内衬型式，连续墙厚1.0m，内衬混凝土厚0.7m[4]。

3.3.3 跨河管道

输水管道沿线跨越河道、冲沟和渠道较多，主要跨河道、冲沟有广汕公路旁河沟(桩号A13+805～A14+650)、范和村旁河沟(桩号A27+045～A27+125)和竹沥下旁河沟(桩号B8+340～B8+636)等，跨河管道采用钢管外包混凝土型式，管道外包混凝土厚度同管道穿一般公路结构，管顶设浆砌石护底防冲，浆砌石厚度400mm。

4 管道设施一览表设计

管道设施一览表是管道各节点间管材的长度。通过计算表格先确定各节点转弯半径、半镇墩长度和主管材长度(钢管或PCCP管)，管道设施一览表，见表2。

表2 管道设施一览表

续表2 管道设施一览表

5 管道水力计算

根据《室外给水设计规范》，水力计算公式为：

h=hf+hj

(1)

式中：hf为沿程水头损失，m；hj为局部水头损失，m。

(2)

式中：ξ为局部水头损失系数；v为管道断面水流平均流速，m/s。

本工程管材有预应力钢套筒混凝土管(PCCP)、钢管和DIP管，PCCP和钢管内涂防腐涂料，本工程DIP管粗糙系数的设计值取0.012[5]。

5.1 DIP管、钢管沿程水头损失

DIP管、钢管沿程水头损失采用下式计算：

(3)

式中：C为流速系数；n为管道的粗糙系数；R为水力半径，m；L为管道长度，m。

关于管道的粗糙系数n，《室外给水设计规范》规定钢管(涂料内衬)的粗糙系数一般取值为n=0.0105～0.0115，考虑到随着运行时间变长，管道糙率有一定增加，所以本工程钢管(内涂环氧涂料，防止贝类等微生物附着在管壁上)粗糙系数的设计值取0.012。

5.2 钢管局部损失系数

本工程陆地埋管弯头部分采用钢制弯头外包混凝土，主要是为了解决止推问题；三通采用钢制三通外包混凝土，检修阀前后连接段采用钢管，所以，管线局部水损按以下公式计算：

1)弯管

3)排气、排泥等处三通

采用直角岔管：ζ=0.10

4)检修阀(碟阀)：ζ=0.2

5.3 计算结果

鲤鱼岭泵站～黄坑水库管道压坡线图，见图4。

图4 鲤鱼岭泵站～黄坑水库管道压坡线图

6 结 语

稔平半岛属于珠江三角洲沿海地区，多为山地、丘陵，平地狭长，岛屿众多。本区经常受台风、暴雨灾害的危害。由于本区域中部多分布为高山、丘陵，地形上没有蓄水建库条件，属于水源性缺水地区，对本地区农业生态环境的建设和发展造成一定的影响，除了继续开发兴建本地区蓄水工程外，跨流域引水已成必然。

综上所述，供水工程实施后，极大缓解了稔平半岛未来的水资源供需矛盾，对确保半岛国民经济持续发展和生态环境建设有着重大的意义。