關于弧形自承重DN800跨越漕運明渠過河管道方案與實施的討論與確定

摘要：伴隨著城市的不斷擴大和延伸，相應市政措施勢必也要相應地擴大和延伸，在各種管線的敷設上必然會遇到跨越江河湖泊的問題。管道穿越江河成為市政建設尤其是已往埋地管道的敷設面臨新的問題與思考。

關鍵詞：弧形自承重；管道跨越

一 、情況介紹

隨著改革開放的不斷深入，城市不再局限在原有的城區范圍，都在不斷擴大和延展。伴隨著城市的不斷擴大和延伸，相應市政措施勢必也要相應地擴大和延伸，在各種管線的敷設上必然會遇到跨越江河湖泊的問題。管道穿越江河成為市政建設尤其是已往埋地管道的敷設面臨新的問題與思考。管道穿越江河常見的跨越方式有以下幾種：1. 架空跨越；2. 底部頂管穿越；3. 附屬橋梁（即懸掛橋梁）跨越。

尚新路地處西安火車北站南廣場南端，尚新路全長3.8公里，西起點為尚宏路（朱紅路立交），東至點尚華路。尚新路（尚宏路-明光路）段給水及中水管線管徑均為DN800球墨鑄鐵管，在（明光路-尚華路）段給水管徑為DN600球墨鑄鐵管，而中水管徑為DN300球墨鑄鐵管。西安火車北站處于明光路與尚華路之間。根據西安市2020給水規劃，火車北站的來水方向為自西向東，即由尚宏路（朱紅路立交）給水管道給尚新路DN800給水管配水，而中水管道則由西安市第四污水處理廠DN800出廠管直配。尚新路（尚宏路-明光路）段存在漕運明渠，漕運明渠在此處的斷面圖如下：

正常的Ф800的卷板鋼管厚度最大為18mm,即D820x18鋼管。根據國標05S506-1-26頁DN800管道跨度選用表，工作壓力0.6MPa,有保溫，壁厚18mm,允許跨度（L）a單跨21.7m;b雙跨21.7m；c三跨24.3m;d四跨23.5m;e 五跨及五跨以上23.7m。有此可知DN800管道最大跨度為24.3m，跨越方式為三跨。而漕運明渠在此處的上口尺寸為26米，大于DN800管道最大跨度24.3米，所以采取何種方式跨越漕運明渠成為直接影響鐵道部規定2011年1月11日西安北站正常運行的關鍵所在。

二、 確定方案

為了解決這一技術難題，筆者進行了大量的市場調研及可行性分析，想到了不下10種過河方案，但最后確定了4種過河方案：

1.在漕運明渠的護坡上打直徑1500的鋼筋混凝土樁的方式；

2.利用弧形自承重支墩方式；

3. 利用弧形自承重鋼筋混凝土灌注樁加支墩的方式；

4. 預制跨度為32米，寬度為3米混凝土梁的方式。

方案一：

優點：a施工便捷

b鋼管加工周期短

缺點：a影響過洪斷面

b樣子過于簡單，不美觀，影響北站整體形象

方案二：

優點：a 樣子美觀

b不影響過洪斷面

缺點：a鋼管加工存在一定難度

b支墩較大，支墩尺寸（7.28x9.1x2.52m），現場狹小，施工難度很大。

方案三：

優點：a 樣子美觀

b不影響過洪斷面

缺點：a鋼管加工存在一定難度

b需要打樁。

方案四：

優點：a 可敷設球墨鑄鐵管

b不影響過洪斷面

缺點：a鋼筋混凝土預制梁制作有困難

c施工周期長

d 施工費用大。

通過以上4個方案比較，方案一雖然施工簡便但影響過洪斷面，直接遭到漕運明渠管理部門的否定；方案二由于支墩尺寸巨大，現場無法正常施工；方案三①雖然鋼管加工存在一定難度，但造型美觀，符合西安火車北站的整體要求；②雖然需要打鋼筋混凝土灌注樁，但不存在支墩較大，無法施工。方案四混個凝土梁制作周期長，制作費用高。綜合比較之下，選定方案三作為跨越漕運明渠的首選方案。

三、 實施階段

方案確定后，面臨的就是施工，由于要保證鐵道部規定西安北站2011年1月11日的正常上下旅客要求。施工不可能放到2011年3月，因為這樣雖然對于混凝土的凝固和鋼制管件的焊接都有好處，但必須面對困難而且必須解決困難。對于施工過程中可能面臨的幾個問題：

a如何加工矢跨比1:9的d820x18弧形鋼管

b如何應對地下水位較淺可能導致塌孔的影響

c施工階段正值冬季，正是西安地區氣溫最低的時段，地表溫度白天都在0°以下，如何保證焊接質量。

這些問題解決的好壞在一定程度上影響著施工質量的好壞，影響著施工進度的快慢，影響著1月11日給水及中水管道能否正常的投入運營，影響著火車北站旅客的正常用水需求。

若從訂貨到到貨，沒有15天是不可能的，且加工費用較高。西安北站2011年1月11日正常運行是無法更改的，也就是說不能拖延施工工期，經過咨詢相關專家和通過力學計算，決定采取焊接的方式來滿足鋼管弧度的要求。一方面盡量使焊接接口數量最小，另一方面盡量使焊接后的鋼管受力最接近弧形鋼管受力（因為焊接鋼管的強度雖高，但脆性較強，若出現較為明顯的折點，就會成為最薄弱的受力點）。在場通過1:1放樣，經過反復比對，確定每段焊接鋼管的中心距及內外長度，以到最佳的受力要求高，加之尚新路地處西安西北郊，臨近渭河灘地，由于施工場地就在漕運明渠的邊緣，地下水位必然較情況以沙土居多，如何確保證鉆孔的成孔率成為能否采用灌注樁的決定因素之一。經過對地質情況的分析，決定采用大型鉆孔設備來完成，這樣一來，可以節省時間，二來可以迅速的澆筑混凝土樁，保證灌注樁的長度及孔徑尺寸。對于室外氣溫較低，影響焊縫

質量，施工單位臨時搭建了焊接操作棚，盡量減少由于氣溫等因素影響焊縫質量等問題。

四、社會效益與經濟效益

西安火車北站是西安的重要門戶，每天上下旅客數以萬計，它周邊環境的好壞，相關設施的好壞及美觀程度在很大程度上反應了西安市乃至陜西省的整體風貌，只有與之相匹配，才能說是成功的設計。如果采取方案一，即便漕運明渠管理部門審核通過，從設計的匹配性上已經大大折損了西安火車北站的整體設計思路，破壞了周邊的建筑風格。雖然保證了通水，但給人卻留下了粗制濫造，得過且過的設計印象，極大的損壞了即將打造的國際大都市的形象。從這方面將，社會效益是巨大的，是無法簡單的用金錢來恒定的。

若從經濟效益上分析，方案三改彎管機彎管為焊接，一方面大大縮短了施工工期，因為施工工期只有一周時間，從時間上講縮短了10左右，每天施工工人的工資伙食費加起來，每人150元／天，施工工人總數為20人，10天所需費用為3萬元，再加上從外省的運輸費用，因為鋼管管長30多米，分成兩段，需要四輛平板拖車運輸，運輸費用每輛車4萬元，需要16萬元，再加上彎管費用8萬元／根，需要彎管兩根，總共需要費用35萬元，而改成焊接工藝，每個焊口費用（包括切割管材及打磨坡口）為800元，總工有64個焊口，所需費用為5.12萬元，直接節省29.88萬元。

從方案優化方面來說，在我們選定的方案中，方案四混凝土預制梁雖然施工簡便，但制作周期長，需要工期30天，加之制作費用大，跨度32米的鋼筋混凝土預制梁是非標準構建，需要從新制作模板，模板費用為85萬元，加上制作費45萬元／根，本工程需要2根，運輸費用及混凝土預制梁吊裝費用220萬元，累計需要395萬元。

綜合比較下，方案三直接節約工程費用424.88萬元。

五、結論

本文著重討論了跨越河道的跨越方案，也只是跨越河道的一種辦法而已。對于不同管線及不同跨度或實施條件，會出現不同的方案或處理辦法，譬如采用從河道底部頂管穿越或采取橋梁底部懸掛的措施來解決。但大的思路無外乎幾種情況，一 美觀適用；二施工操作性強；三投資資金少；四施工周期短等。

參考文獻:

【1】 嚴煦世.《給水排水快速設計手冊》.1996年6月第二次印刷.第一冊，《給水工程》71-73頁.

【2】 中國建筑標準設計研究院.《給水排水標準圖集》.2005年合訂本.《室外給水排水管道工程及附屬設施（一）》05S506-1-26-28頁.

作者簡介：張曉明，男，1974年生，工程師。

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。