南水北調中線工程穿越小洪河頂管工程設計

梅世安

（固始水利建設投資開發有限公司，河南 固始縣 465200）

1 工程概況

某市南水北調中線工程輸水線路沿途穿越河流、溝渠20處，穿越長度3 308 m，其中流域面積大于20 km2以上的河流6條7 處，穿越長度1 413 m，施工采用直接開挖倒虹吸穿越，其中小洪河和重要干支渠采用頂管穿越。

小洪河是洪汝河流域的主要支流，發源于河南省舞鋼市伏牛山區，干流長251 km，流域面積4 287 km2，工程管線與小洪河交叉于淤泥河入小洪河口五溝營上游約9.50 km 處，樁號K16+180.00，上游控制流域面積1 035 km2。河道20 年一遇設計洪水流量為350 m3/s，設計洪水位為56.88 m。

2 穿越河（渠）工程布置原則

根據穿越工程布置原則：管線穿越河流、溝渠、公路、鐵路時盡量正交。某市南水北調中線工程管道穿越河流設計有兩種形式，即從河底線以下穿越和從河面線以上跨越。對于管線穿越較大河流的，要從技術、經濟、安全、施工等方面進行綜合分析比較，以確定最佳穿越方案。

根據工程穿越需要，當管道從河底線以下穿越時，在滿足防沖、抗浮前提下，埋設深度一定要滿足設計要求，即在一般沖刷線以下0.50 m 或河底線以下1 m（兩者取大值）；若現場情況不能滿足時，必須采取相應措施對管身進行保護或加固設計。

當管道從河面線以上跨越時，采用渡槽或架空管道，對有航運要求的河流應滿足航運要求；當利用已有或擬建橋梁敷設管道時，要征得相關部門的同意，并核算地基承載力是否滿足要求。

3 穿越河（渠）布置分析

南水北調中線工程輸水線路沿途穿越小洪河和重要干支渠采用頂管穿越，穿越河統計見表1。

表1 某市南水北調中線工程輸水線路穿越河渠統計表

4 穿越小洪河頂管設計分析

穿越方案采用DN2000DIP 管外套鋼筋混凝土管防護，防護套管采用頂進法施工，頂管起點樁號K15+885.72，終點樁號K16+215.72，頂管長度330 m，頂管進口距小洪河左堤99.76 m，出口距右堤58 m，頂管管道距離河底最小深度為6 m，距路面約12 m。

頂管采用《頂進施工法用鋼筋混凝土排水管》中柔性接頭C 型鋼承口管，頂管管道為DN2600 鋼筋混凝土Ⅲ級管，壁厚235 mm，允許用頂力不超過該規范附錄A 規定的12 300 kN。管體混凝土強度等級不宜低于C50，抗滲等級不應低于S8。頂管內套DN2000DIP 管，球管壁厚20 mm，設計內水壓力為1.40 MPa，球磨鑄鐵管與套管之間采用同軸不同圓心結構形式，管道間孔隙采用C15 自密實混凝土填充，填充高度為球管管頂高程，管道進出口設工作井和接收井。

小洪河頂管工作井處地面高程57.30 m，井頂高程55.80 m，底板下底面標高41.80 m，井深大于10 m，為深工作井，內空尺寸為8.00 m×11.50 m，工作井井壁、底板及頂蓋梁板混凝土強度為C25，井壁厚0.70 m，底板厚0.60 m。工作井采用沉井法施工，下沉時可采取泥漿助沉措施。工作井的平面尺寸取決于管徑和管節的長度、頂管掘進機的類型、派土方式、操作工具以及后座墻等因素，可以根據最終確定的工藝進行適當調整。接收井內空尺寸為6.00 m×5.50 m，工作井井壁、底板及頂蓋梁板混凝土強度為C25，井壁厚0.70 m，底板厚0.60 m。工作井及接收井在頂管施工完畢后兼做檢修閥井。

5 穿越小洪河頂管允許最大頂力計算

管道穿越河道工程在非汛期施工，小洪河河道相對較大，施工期相應較長，非汛期采用11 月至次年4 月，其余河道相對較小，非汛期采用12 月至次年2 月、11 月至次年4 月2 個施工期，分別計算設計洪水。根據《給水排水工程頂管技術規程》（CECS246-2008）8.1.1，鋼筋混凝土管頂管傳力面允許最大頂力可按下式計算：

式中：Fdc—混凝土管道允許頂力設計值（N）；Φ1—混凝土材料受壓強度折減系數，取0.90；Φ2—偏心受壓強度提高系數，取1.05；Φ3—材料脆性系數，取0.85；Φ5—混凝土強度標準調整系數，取0.79；fc—混凝土受壓強度設計值（N/mm2），C50 混凝土為23.50 N/mm2；rQd—頂力分項系數，取1.30；Ap—管道的最小有效傳力面積（mm2）。

根據計算，鋼筋混凝土管頂管傳力面允許最大頂力Fdc=0.50×0.90×1.05× 0.85/1.30/0.79×23.50×1.75×106=16 083 kN。同時，根據《頂進施工法用鋼筋混凝土排水管》附錄A，DN2600柔性鋼承口管許用頂力為12 300 kN。最終取上述二者的小值12 300 kN 為管材允許頂力。

頂管的總頂力與施工的情況直接相關，因此某市南水北調中線工程設計未對總頂力進行計算，施工單位施工前應根據以往施工經驗對總頂力進行估算，以供施工機械選取。當總頂力超過管材允許頂力時，應設置中繼間。當設置一道中繼間不能滿足時，再增設若干中繼間，直至滿足總頂力要求為止。

6 小洪河與工程管線交叉穿越設計

南水北調中線工程管線與小洪河交叉于淤泥河入小洪河口五溝營上游約9.50 km 處，五溝營為小洪河控制斷面，控制流域面積1 564 km2，區間除淤泥河匯流外某市南水北調中線工程無支流匯入，因此，下游五溝營控制流域面積減去淤泥河529 km2后，即可作為交叉斷面處控制流域面積，即上游控制流域面積1 035 km2。

小洪河與管線交叉處位于桂李節制閘下游，楊莊至小洪河與管線交叉處河段無支流加入，根據以上調度方案分析，管線交叉處洪峰流量根據楊莊以上設計洪水過程線按楊莊滯洪區控制運用辦法經調洪演算求得下泄洪峰流量。5-50 年一遇以下洪水時楊莊滯洪區泄洪閘最大下泄650 m3/s，當桂李水位達到63 m 時，至桂李閘向老王坡滯洪區分洪300 m3/s，桂李以下河道下泄350 m3/s。由此可知，交叉斷面5-50 年一遇時河道洪峰流量均為350 m3/s，洪水位采用曼寧公式計算，根據河道形態，河床組成等特征參考《天然河道糙率表》，小洪河河道糙率取值為0.03。

7 結語

南水北調中線工程穿越小洪河采用頂管穿越，頂管設計部分以穿越小洪河最為典型。在南水北調中線工程穿越某市其余6 條交叉河流中，小洪河流域內有實測流量資料，根據實測資料采用直接法計算，以期達到設計效果。