輸水管道工程正深段設計要點綜述

王建勇

摘 要 正深段輸水管道工程是石家莊南水北調配套工程的骨干工程，管道規模大、穿越工程多，是關鍵節點。本文主要介紹了正深段配套工程的設計要點。

關鍵詞 南水北調配套;石家莊;輸水管道;正定

前言

正深輸水管道工程是石家莊南水北調配套工程的骨干工程，管道規模大、穿越工程多、施工工期長，是影響工程如期通水的關鍵節點。

1輸水方式及管道條數

1.1 輸水方式

根據各地表水廠水位，按管徑和泵站揚程組合方案進行了比選，正定支線由于干管水位低于水廠地面高程，需采用加壓輸水方式，其余管線通過選擇合適的管徑實現自流輸水，盡量減少工程投資[1]。

1.2 管道條數

根據《室外給排水設計規范》 “輸水干管不宜少于兩條，當有安全儲水池或其他安全供水措施時，也可修建一條”。本工程管道條數的確定主要考慮了以下因素：

供水不足或突發事故時，對水資源進行統一調度和配置，充分利用當地地表水，可作為備用水源。

選用管材的安全性和管材的總體性能。本次管材選用了具有承受內外壓力高、接口密封性好、抗滲能力強、結構可靠性高的預應力鋼筒混凝土管和球墨鑄鐵管。

不同方案的投資比較。綜合以上因素，本工程確定的布置方案為：取水口至正定新區分水口輸水干線采用雙排管道輸水方案;其余管線采用單排管道輸水方案。

2管道布置和敷設

2.1 縱斷面設計

管道的埋設深度主要根據外部荷載、管材強度、土壤地基、沖刷深度、凍土深度、管道抗浮穩定以及上部耕種等因素確定。

管線穿越的一般地段多為耕地，耕作要求的覆土深度不小于2.0m，外部荷載如地面堆積荷載、地面人群荷載、地面一般車輛荷載等對管道的安全運行影響較小。綜合分析，管道一般地段埋深不小于2.0m，對于管徑小于1.0m的管道埋深要求不小于1.5m，穿越工程如穿越鐵路、公路管段根據穿越工程的具體情況和行業規程、規范確定具體埋深。

2.2 管溝開挖

采用挖弧法施工，開挖土基圓心角為120度。管基面采用人工開挖。一般地段臨時開挖邊坡：黏性土1：0.75，密實無黏性土及混合土層1：1，松散無黏性土1：1.25～1.5;當開挖深度大于5m時，每5m設寬1.5m馬道。

2.3 管材選擇

對預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、焊接鋼管（SP）三種管材進行了比選。

取內壓0.6MPa和外壓覆土厚度3m進行了投資比較。當管徑小于DN1400時，球墨鑄鐵管（DIP）價格較預應力鋼筒混凝土管（PCCP）底，管徑DN1400、DN1600，預應力鋼筒混凝土管（PCCP）與球墨鑄鐵管（DIP）價格差別不大;管徑大于DN1800，預應力鋼筒混凝土管（PCCP）價格低于球墨鑄鐵管（DIP）。因此直徑1400mm及其以下管材選用DIP，直徑1400mm以上管材選用PCCP。

由于穿越工程管道長度不大、鋼管施工方便，因此在穿越建筑物處選用鋼管[2]。

3水力計算

3.1 進水池輸水管道底高程確定

進水池輸水管道底高程根據管道的最小淹沒深度和管徑確定。選取的管底高程高于進水池池底0.5m，最小淹沒深度滿足設計要求。

3.2 輸水管道水壓線

輸水管道水壓線根據確定的管道縱斷面通過水頭損失計算確定。主管材預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）糙率系數均取為0.012。

根據管道工作壓力外包線圖，確定正定段輸水管道工作壓力為：輸水干線管道0.4MPa、支線管道0.2MPa。

3.3 水錘計算

根據輸水管道布置及供水流量分配情況，選擇輸水管線最長的深澤管道出口調流閥、分水流量最大的正定新區出口調流閥及最遠的檢修閥關閉情況進行水錘壓力計算。

根據水錘計算成果，深澤管道出口調流閥20分鐘關閉，輸水管道內水錘升壓小于工作內壓的40%;正定新區管道出口調流閥15分鐘關閉，水錘升壓小于工作內壓的40%;最遠端檢修閥20分鐘關閉，水錘升壓小于工作內壓的40%，滿足《給水排水工程管道結構設計規范[3]》的要求。因此確定各閥門關閉時間不小于20分鐘。

4基礎處理及管溝回填

4.1 基礎處理

為減少管道不均勻沉陷，對地基為松散的粉砂、填土段采用基底面夯實、換填并夯實處理措施，夯實壓實度不小于周邊未處理地基密實度。

4.2 管溝回填

管道兩側管頂50cm以下的回填土，采用管溝開挖土分層鋪設，其中預應力鋼筒混凝土管（PCCP）壓實度不小于0.90，球墨鑄鐵管（DIP）壓實度不小于0.95;頂部50cm范圍回填開挖的表層腐殖土;其他部位的回填土壓實度不小于0.85。

穿越一般道路段管溝回填土，壓實度滿足路基要求，不小于0.95（重型擊實）。

5管道防腐設計

管道防腐包括：鋼管內、外防腐，PCCP管道內、外防腐和接口防腐，球墨鑄鐵管防腐。

鋼管外防腐采用防腐效果好、便于施工、造價較低的環氧煤瀝青特加強級（六油兩布），厚度不小于0.6mm。由于鋼管用量較少，其內防腐采用環氧白陶瓷防腐，涂層厚度不小于0.6mm。

管道埋設深度范圍內土壤對鋼結構具有弱～中腐蝕性，根據《初步設計技術規定（試行）》，PCCP管道外防腐采用無溶劑型環氧煤瀝青，厚度0.6mm。管道接口型鋼防腐，采用無毒環氧漆，厚度60μm;管道安裝完成后外加水泥砂漿抹帶。

球墨鑄鐵管一般為定型產品，管內防腐為水泥砂漿，管外防腐為噴鋅加環氧煤瀝青，無須二次防腐處理。

6管道水壓試驗

管道安裝完成后依據《給水排水工程施工及驗收規范[4]》（GB50268-2008）進行水壓試驗，試驗段長度按檢修閥布置一般為5～10km。

試驗壓力：PCCP干管0.6MPa，PCCP支管0.3MPa，DIP支管0.4MPa。管道采用允許滲水量作為合格標準判定依據，允許滲水量：DN1800 PCCP管5.94L/min.km，DN1600 PCCP管5.6L/min.km，DN800 DIP管2.7L/min.km。

參考文獻

[1] 石家莊市南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程正定段初步設計報告.

[2] 城鎮供水長距離輸水管（渠）道工程技術規程：CECS_193-2005[S].北京：中國標準出版社，2005.

[3] 給水排水工程管道結構設計規范：GB_50332-2002[S].北京：中國標準出版社，2002.

[4] 給水排水管道工程施工及驗收規范：GB50268-2008[S].北京：中國標準出版社，2008.