峡山水库水源地潍河中水收集管道工程施工设计

第一作者简介：刘春洁（1972-），女，工程师。研究方向为水利工程造价与工程施工管理。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.025

摘" 要：潍河作为峡山水库上游主要水源，沿线分布的众多污水处理厂排放的中水严重影响水库及河道水质，不能满足水源地水质目标Ⅲ类以上的要求，亟需对入河中水实施集中收集、引调利用。该文全面介绍潍河中水收集管道工程的平面总体布置与设计指标，从管道水力计算、管材选择、横断面设计、施工要求和交叉建筑物设计等方面对该工程的设计方案进行阐述和分析，可为其他中水收集工程设计提供参考借鉴。

关键词：中水；管道；施工设计；水质保护；潍河

中图分类号：TV67" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）21-0106-05

Abstract： The Weihe River is the main water source in the upper reaches of the Xiashan Reservoir. There are many sewage treatment plants along the Weihe River， and the discharged reclaimed water seriously affects the water quality of reservoirs and rivers. Therefore， the water quality of the Weihe River cannot meet the requirements of above class III of water quality target of water source， and it is urgent to implement centralized collection， diversion and utilization of reclaimed water entering Hanoi. This paper introduces the overall layout and design index of reclaimed water collection pipeline project in the Weihe River， expounds and analyzes the design scheme of this project from the aspects of pipeline hydraulic calculation， pipe selection， cross section design， construction requirements and cross building design， etc.， which can provide reference for other reclaimed water collection project design.

Keywords： reclaimed water; pipelines; construction design; water quality protection; the Weihe River

峡山水库作为山东最大的人工水库，是山东省级战略水源地和胶东地区调蓄枢纽[1]，具有供水、防洪、灌溉等功能，是国家一级饮用水水源保护区。潍河是其主要入库水源，入库河流水质较差[2]，沿线分布银河、舜河、舜王、鑫兴、百尺河和昌城等污水处理厂，中水排入一直以来威胁着峡山水库水质安全[2]。随着经济社会发展，入河中水排放量逐年加大[1]，中水直排入河更是加剧了水源地的水生态保护与修复压力。为保障峡山水库战略水源地及上、下游输水河道水质安全，进而保障潍坊市及胶东半岛地区的供水安全，缓解潍坊市中心城区主要景观河道生态用水短缺形势，并相继为工程沿线提供工农业用水、为滨海城区白浪河提供生态用水，达到置换优质水源使用指标、压减地下水开采量、改善水生态环境的目的，潍坊市委、市政府实施了峡山水库战略水源地水质提升保护输配水工程[3]，潍河中水收集管道工程是其重要组成部分[4]。本文通过该管道工程设计方案的阐述和分析，以期为库区入河入库中水外调、提高中水资源利用率以及其他中水收集工程设计提供参考借鉴。

1" 工程概况

潍河中水收集管道工程是峡山水库战略水源地水质提升保护输配水工程的重要组成，工程采用管道输水的方式，工程范围主要在诸城市境内。峡山水库战略水源地水质提升保护输配水工程纳入了山东省补短板、强弱项、培育新的经济增长点重点项目清单，以保障峡山水库水质安全为主要任务，主要供水对象为潍坊市中心城区生态用水，设计供水规模近期1.83亿m3，远期2.37亿m3。管道工程包括潍河中水收集管道、汶河中水收集管道、峡山湖湿地引水管道、峡山湖湿地至汶河输水管道、汶河至虞河输水管道、各补水河道配水管道及各污水厂中水收集支管等，共计敷设管道长度128.48 km，设各类管道井257座。其中，潍河中水收集管道工程作为上游水源地输配水工程建设的重要内容，共计敷设管道长度39.46 km，设各类管道井96座。根据SL 252—2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》，按供水对象重要程度、设计流量及年引水量等指标，综合分析确定本工程规模为中型。

2" 平面布置及设计指标

潍河中水收集管道工程主要包括潍河中水收集干管工程、各污水厂中水收集支管工程（图1），共计敷设管道长度39.46 km，设各类管道井96座。潍河中水收集干管自潍河拙村闸下游左岸舜河污水厂以东、沿潍河左堤向北敷设至古县村南，沿途依次收集银河、舜河、舜王、鑫兴、百尺河和昌城等污水处理厂排放中水。污水厂中水收集支管包括银河、舜河、舜王、鑫兴、百尺河和昌城6条中水收集支管。其中，银河中水收集支管自银河污水处理厂东北排水管引出，向北敷设至潍河右堤，向西穿潍河后沿左堤向北敷设，接入潍河中水收集干道；舜河中水收集支管自舜河污水处理厂东北现状排水管道处引出，向东敷设至潍河左岸中水收集管道；舜王中水收集支管自舜王污水处理厂东现状排水管道处引出，向东敷设至潍河左岸中水管道；鑫兴中水收集支管自鑫兴污水处理厂西北现状排水管引出，穿韩信沟后沿韩信沟左岸向北敷设，依次途经东老庄村、杨义庄村、郑家河岔村、芦河村敷设至潍河，穿潍河汇入左岸潍河中水收集管道，沿途收集百尺河污水处理厂达标排放中水；百尺河中水收集支管自百尺河污水处理厂现状排水管引出，沿羊角沟右岸向南途经前桃园村南、顺平路、东屯村南生产路敷设至韩信沟，穿韩信沟后汇入鑫兴中水收集支管；昌城中水收集支管自昌城污水处理厂西北现状排水管道引出，向西穿潍河汇入潍河中水收集管道。

综合考虑随经济社会发展污水处理厂处理规模增加及远期各县（市、区）中水回用等因素，各污水处理厂中水收集支管长度、规格型号、收集规模及管道设计流量详见表1，其中管道最大瞬时设计流量考虑1.2倍的时变化系数。

3" 管道工程设计

3.1" 管道水力计算

管道的总水头损失由沿程水头损失及局部水头损失组成。管道沿程水头损失参考相关规范及设计手册，采用谢才公式计算

hy=，

C=R1/6，

式中：hy为管道断面平均流速，m/s；v为管道断面平均流速，m/s；l为管段长度，m；C为谢才系数；R为水力半径，m；n为管道糙率，PCCP管取0.012。

局部水头损失包括弯管、阀门等水头损失，采用下式计算

hj=ζ"，

式中：hj为管道局部水头损失，m；ζ为局部水头损失系数，查《水力计算手册》确定；v为管道断面平均流速，m/s；g为重力加速度，取值9.8 m/s2。长距离输水管道局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。

本工程范围内管道均为重力自流管道，包含非满管无压管道及满管有压管道。重力自流段管道先按满管压力管道进行试算，如管段沿线的地形高差大于水头损失，则可实现自流。并根据每段管道比降、出口水位分段试算管道损失，如压力水头线高于管顶，则为满流；如压力水头线低于管顶，则为非满流。主要管道水力计算结果见表2。

3.2" 管材及接口型式

管道主要采用预应力钢筒混凝土管（PCCP管），外径1 000 mm以下的管道采用双胶圈内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPDL），外径1 000 mm及以上的管道采用双胶圈埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPDE）。过河顶管、过路套管内穿管道及阀井连接处均采用防腐钢管。

混凝土管接口均采用双胶圈柔性承插接口，管道接口处内外均采用聚硫密封胶灌缝。钢管与钢管间采用刚性焊接接口，钢管与阀门、伸缩节等管件间采用法兰连接，不同管材之间采用转换件连接，转换件接口根据连接管材要求确定。

管道用橡胶密封圈应采用圆形截面的实心胶圈，胶圈的尺寸和体积应与承插口钢环的胶槽尺寸和配合间隙相匹配。橡胶密封圈的基本性能和质量要求应符合JC/T 748—2010《预应力与自应力混凝土管用橡胶密封圈》的规定，橡胶密封圈的性能试验遵循了JC/T 749—2010《预应力与自应力混凝土管用橡胶密封圈试验方法》的规定。

3.3" 管道埋深和覆土要求

按照GB 50013—2018《室外给水设计标准》、GB 50014—2021《室外排水设计标准》和GB 50268—2008《给水排水管道工程施工及验收规范》的规定，对管道的埋深、管沟横断面、管道基础及地基处理等进行设计。输水管线沿程敷设方式以直接地埋式开挖施工为主。管道埋设深度既满足输水安全的要求，还考虑了本工程环境温差、冬季冻土层深度，以及本地区的地形情况、外部荷载、管材强度、河道冲刷深度、地下水水位及管道基础等因素。为了确保管身安全和尽量节省工程投资，本工程设计最小管顶覆土深度：外径1 600～2 000 mm PCCP管（含螺旋钢管）段管顶覆土为1.5 m；外径1 600 mm以下管段管顶覆土为1.0 m；对局部不足设计覆土厚度的，要求回填至设计厚度，或局部混凝土包封处理。管道过河（沟）倒虹设计洪水冲刷线以下1.5 m埋深，穿越公路处管顶覆土深度不小于2.5 m。此外，管顶覆土在满足抗浮稳定计算的基础上，根据阀井设置进行了调整。

3.4" 管沟横断面设计

管道沿线管沟断面选择为梯形，管道沟槽底部的开挖宽度按管道外径与管道两侧的工作面宽度之和考虑，有支撑要求时，还考虑了支撑厚度。按照GB 50268—2008《给水排水管道工程施工及验收规范》的规定，管道一侧的工作面宽度符合规范要求，宽度表见表3。

表3" 管道一侧工作面宽度表

参照管道沿线工程地质勘察报告，管道沿线设计管沟断面选择为梯形，管道两侧预留宽度满足管道安装施工要求。降水后管槽开挖边坡1∶0.75～1∶2，粉砂岩开挖坡比1∶0.2，并根据管沟开挖深度情况，必要时采用支护结构挖槽成型。管槽具体开挖坡比根据现场地质条件及临时边坡稳定要求确定，并加强了施工期边坡稳定监测，避免出现塌坡险情。双管之间的净距考虑开挖方量、临时占地，本工程双管敷设时，管道净距不小于1.0 m，顶管净距根据管径及顶管工艺确定。

3.5" 管道基础及地基处理

为保证管槽底部平整、便于施工降水，管底采用200 mm厚中粗砂基础（砂石基础需包注管道的1/3），管道两侧用回填土分层夯实。过河、沟开槽埋设管道，下方铺设200 mm碎石垫层叠加中粗砂基础（砂石基础需包注管道的1/3），管道两侧用回填土分层夯实，管顶以上500 mm处铺设300 mm厚C30混凝土保护层。对于不良地基，结合施工条件，进行地基土质换填，直到能满足工程要求。管道施工为确保安全和施工质量，必要时采取了支护。

3.6" 交叉建筑物设计

本工程主要涉及管道穿越河道、等级道路、普通道路和铁路交叉建筑物设计。管道工程主要穿越河道包括潍河、益民河及韩信沟等，穿越河、沟一般采用倒虹型式开挖施工或顶管施工，并参照DB 37/T 3704—2019《涉水建设项目防洪与输水影响评价技术规范》和《山东省涉水建设项目防洪与输水影响评价技术要点暂行规定》相关要求进行施工设计。其中，沿线穿越潍河、益民河、渠河采用泥水平衡法顶管河底穿越，顶管埋设深度在相应防洪标准的洪水冲刷深度1.5 m以下，穿河顶管采用顶管用加厚防腐钢管，顶管井及顶管施工工艺由具备相应资质队伍进行专业设计；穿河倒虹吸设计根据情况设置排水管，排水管出口端设有排水（泥）阀门干井和排水湿井，顶管倒虹全部采用钢管，钢管通过特制承插口管件与前、后段的PCCP管连接，对于局部不具备设置倒虹条件的，采用螺旋钢管外包混凝土穿越，混凝土顶高程低于河底或河道设防标准的冲刷线高程。

管道穿越等级公路主要为G22青兰高速，共穿越2处，分别为潍河左岸2根外径为2 400 mm的套管，韩信沟左岸1根外径为2 000 mm的套管。根据《中华人民共和国公路法》及《公路安全保护条例》，管道穿越高速公路、国道以及省道，应在保障交通畅通的前提下，征得公路主管部门的同意后，宜采用顶钢筋混凝土套管、内穿螺旋钢管方式穿越，混凝土套管与输水螺旋钢管之间充填中粗砂。对于部分道路宽度较宽、交通量较大、开挖施工对周边影响较大的市政道路或县乡道，采用顶套管方式穿越。此外，管道工程与县道、乡道、临时公路等相交处较多，采用开挖施工进行敷设。为了输水管道的安全稳定，防止管道受重压，对于车流量较大及汽车荷载超过汽-20标准的道路采用钢管外套混凝土管。施工完毕，按标准恢复原路面。对于临时道路及小车通过的道路，采取了加固次管区的办法，即将该段管道次管区及机械回填部分全部采用人工分层回填夯实，直至地面。

本段工程范围内穿越铁路主要为胶新铁路，共穿越2处，分别为潍河左岸2根外径为2 400 mm的套管，韩信沟左岸1根外径为2 000 mm的套管。根据铁路部门要求，管道穿越铁路委托了有资质的单位专项设计、施工。

4" 结束语

潍河中水收集管道工程是峡山水库战略水源地水质提升工程中水外调利用建设目标得以实现的关键措施，工程实施后可有力保障峡山水库战略水源地水质安全，优化峡山水库水源地水资源配置，从根本上杜绝中水入库，提高中水资源利用率，改善入库水质及沿线水生态环境。

参考文献：

[1] 王建民.峡山水库省级战略水源地水质提升保护工程浅析[J].中国水利，2021（21）：76-77.

[2] 姜婷.峡山水库上游河道水源保护与水质净化研究[J].环境与可持续发展，2017，42（4）：207-208.

[3] 季珊，秦峰，赵雯雯.峡山水库战略水源地工程输水线路比选[J].山东水利，2023（2）：66-67，73.

[4] 魏莹，黄玉叶.峡山水库水质提升工程建设有关问题探讨[J].山东水利，2020（11）：49-50.