南陽世界月季大觀園西園供水工程設計要點分析

趙姍姍

（河南靈捷水利勘測設計研究有限公司，河南 南陽 473000）

1 工程概況

南陽世界月季大觀園西園（以下簡稱西園）位于示范區月季大道以南、機場北五路以北，東與已建的大觀園中園相接，西與白河相連，總占地面積92.01萬m2。

南陽世界月季大觀園西園水域面積30.83萬m2，景觀水位123.00 m，蓄水量28.30 萬m3。鑒于現狀中園供水管道流量不足，確定新建供水工程以解決西園的供水問題。西園供水工程進水口位于白桐干渠樁號20+057 右岸，供水由白桐干渠經輸水管道入中園，工程包括進口閘室段、管道段及出口消力池段3部分，管道段下穿月季花廊、東環路及中園微地形，出水口位于中園水系東南角，在中園水系西側出口跌水處入西園。

工程主要內容包括：①進水閘工程：閘室總長3.50 m，寬2.00 m，閘孔尺寸為0.60 m×0.60 m，閘底板高程124.67 m，采用C25 鋼筋混凝土結構，設計流量0.40 m3/s；其中閘室進水口采用漸變設計，開口處由正方形0.80 m×0.80 m 漸變至正方形0.60 m×0.60 m，隨后由0.60 m×0.60 m 正方形漸變為內徑0.60 m 管道與DN630 鋼管平順連接；DN630 鋼管長2.80 m，用法蘭與DN630PE 管道連接；進水口處設0.60 m×0.60 m 平面鑄鐵閘門一扇和1.20 m×1.20 m攔污柵一扇，配套5T手電兩用螺桿式啟閉機1套（含電機）、配電箱1臺及低壓供電線路330 m，配套流量監測計一套，閘門遠程自動化控制一套。②供水管道工程：定向鉆進管道管材采用一根DN630PE 管道（PE100 公稱壓力1.25 MPa），熱熔接口。管道段全長312.79 m，其中定向穿越月季花廊停車場南側及東環路段長190.79 m，中間管道轉彎明挖施工段長13.62 m，轉角78°，定向穿越中園微地形段長108.38 m。管道采用單根DN630PE 管（1.25 MPa，壁厚46.30 mm），設計進口管內底標高124.67 m，出口管內底標高124.28 m。明挖施工段管道設置3 個鎮墩。③出口消力池工程：新建消力池總長8.00 m，其中新建斜坡漸變段長4.00 m，寬0.63～2.00 m，底部采用C25 鋼筋混凝土護砌，厚度為40 cm，坡比為1∶4，兩側設置C25 混凝土擋墻，擋墻頂寬25 cm，底寬84 cm，墻高140 cm；新建消力池水平段長4.00 m，寬2.00 m，池深0.40 m，池底高程為123.28 m，兩側設置C25混凝土擋墻，擋墻頂寬25 cm，底寬84 cm，墻高140 cm。消力池末端采用格賓石籠防沖槽，總長2 m，寬3 m，厚度為1.50 m。④原中園供水管道封堵工程：中園供水管道進口位于白桐干渠右岸19+930處，管線長203 m，進口底高程124.06 m，管道采用315 mmPE 管。此次西園供水工程建成后，對中園供水管道進口處采用微膨脹C30混凝土封堵，封堵長度1.00 m。

工程總投資189.60萬元。工程部分投資182.05萬元（部分費用分別為金屬結構及設備安裝工程2.50萬元，施工臨時工程15.06 萬元，獨立費用23.77 萬元）。水土保持工程投資1.95 萬元。主體工程主要工程量：土方開挖445.84 m3，土方回填325.05 m3，砌 筑 工 程13.27 m3，混 凝 土拆 除56.76 m3，模板282.94 m2。主體工程主要材料用量：鋼筋2.224 t，商品混凝土97.59 m3，汽油0.154 t，柴油0.469 t?？偣r數量為3 559個。

2 工程設計基本資料

此工程設計引水流量為0.40 m3/s，根據《灌溉與排水工程設計標準》規定，相應管道工程建筑物級別為5級。

2.1 成果資料

①《南陽市城鄉一體化示范區白桐干渠月季公園段改造工程》（報批稿）；②《南陽市中心城區東環路（袁莊至雙鋪段）建設項目兩階段施工圖設計巖土工程勘察報告》；③《南陽世界月季大觀園西園景觀設計施工圖》。

2.2 建筑材料特性及設計參數

①材料主要有PE 管道、混凝土、鋼筋混凝土和鋼筋，混凝土容重24 kN/m3，鋼筋混凝土容重25 kN/m3，混凝土C15 混凝土、C20 混凝土、C25 混凝土、C30 混凝土，鋼筋為HPB235 級、HRB335級鋼筋。②混凝土、鋼筋、PE管道的設計參數。

2.3 工程布置

供水管道進口位于白桐干渠右岸20+057 處，管線穿越花廊停車場南側和東環路后向西北轉彎，出口設置在園區東南角，管線長312.79 m。管道進口定向鉆進段長194.80 m，中間明挖施工段弧長13.62 m，弧長夾角78°，管道出口定向鉆進段長108.38 m。此工程的主要建設內容包括：進口閘室段、供水管道段、出口消力池段3 部分。工程建成后，并對施工過程中拆除的白桐干渠擋墻和園區景觀進行恢復。

3 管道設計

3.1 管材比選

根據工程經驗，輸水管道工程選擇PVC-M管、PE管、螺旋鋼管進行比選，各管材的性能對比表見表1。

表1 管材比選表

此工程地形較復雜，對管道柔韌性及強度要求較高，且項目對工程安全運行要求較高，PVC-M管道抗壓能力相對較差，螺旋鋼管投資相對較高，不夠經濟，故此次選用PE管道。

3.2 水力計算

西園水域面積30.83 hm2，景觀水位123.00 m，蓄水量28.30萬m3。根據供水計劃制定此次供水規模，計劃用時10 d蓄滿，則工程設計流量為28.30×10 000/（10×24×60×60）=0.33 m3/s，此次按照0.40 m3/s進行設計。

3.3 管道結構計算

根據前述水力計算所確定的管徑，結合《給水排水工程管道結構設計規范》《水平定向鉆法管道穿越工程技術規程》對于PE管道的材料要求，管道擬選用DN630PE管道（PE100公稱壓力），單節長5.00 m，壁厚分別選取37.40、46.30、57.20 mm 進行結構對比。

3.3.1 管道回拖力計算

表2 定向牽引管道單位長度管道重力值表

表3 定向牽引管道單位長度管道凈浮力值表

③管道回拖力按《水平定向鉆法管道穿越工程技術規程》提供的公式計算：

式中：fh—塑料管道與孔壁的摩擦系數，可取0.3；wf—單位長度空管道所受的凈浮力（kN/m）；θ—管道彎曲角度（rad），此次最大角度為72°，轉化為弧度為1.26；L—PE定向牽引管道長312.79 m。

經計算，不同壁厚的PE管定向牽引管道回拖力T見表4。

表4 定向牽引管道單位長度管道回拖力計算表

④管道傳力面承受最大回拖力按《水平定向鉆法管道穿越工程技術規程》提供的公式經計算，不同壁厚的PE管定向牽引管道材承受最大回拖力T見表5。

表5 定向牽引管道單位長度管材承受最大回拖力表

3.3.2 管道結構比選結果

經計算，對管徑DN630 不同壁厚進行比選，由表2、3、4、5可知，管徑DN630，壁厚37.40 mm管道可承受的最大回拖力為344.47 KN，不滿足計算回拖力419.27 KN；管徑DN630，壁厚46.30 mm 管道可承受最大回拖力為424.29 KN，可滿足計算回拖力417.37 KN，故此次定向牽引管道工程選取DN630，壁厚46.30 mm，公稱壓力1.25 MPa的PE管道。

4 工程設計

此供水工程包括進口閘室段、供水管道段、出口消力池段3部分組成。

4.1 進水閘工程

閘室總長3.50 m，寬2.00 m，閘孔尺寸為0.60 m×0.60 m，閘底板高程124.67 m，采用C25 鋼筋混凝土結構，設計流量0.40 m3/s；其中閘室進水口采用漸變設計，開口處由正方形0.80 m×0.80 m 漸變至正方形0.60 m×0.60 m，隨后由0.60 m×0.60 m 正方形漸變為內徑0.60 m 管道與DN630 鋼管平順連接；DN630鋼管長2.80 m，用法蘭與DN630PE管道連接；進水口處設0.60 m×0.60 m 平面鑄鐵閘門一扇和1.20 m×1.20 m 攔污柵一扇，配套5T手電兩用螺桿式啟閉機1套（含電機）、配電箱1臺及低壓供電線路330 m，配套流量監測計一套，閘門遠程自動化控制一套。

4.2 供水管道工程

定向牽引管道管材采用一根DN630PE管道（PE100公稱壓力1.25 MPa），熱熔接口。管道段全長312.79 m，其中定向穿越月季花廊及東環路段長190.79 m，中間管道轉彎明挖施工段長13.62 m，轉角78°，定向穿越中園微地形段長108.38 m。管道采用單根DN630PE 管（1.25 MPa，壁厚46.30 mm），設計進口管內底標高124.67 m，出口管內底標高124.28 m。明挖段設置3個鎮墩。

4.3 出口消力池工程

新建消力池總長8.00 m，其中新建斜坡漸變段長4.00 m，寬0.63～2.00 m，底部采用C25 鋼筋混凝土護砌，厚度為40 cm，坡比為1:4，兩側設置C25 混凝土擋墻，擋墻頂寬25 cm，底寬84 cm，墻高140 cm；新建消力池水平段長4.00 m，寬2.00 m，池深0.40 m，池底高程為123.28 m，兩側設置C25混凝土擋墻，擋墻頂寬25 cm，底寬84 cm，墻高140 cm。消力池末端采用格賓石籠防沖槽，總長2 m，寬3 m，厚度為1.50 m。

4.4 原中園供水管道封堵工程

中園供水管道進口位于白桐干渠右岸19+930 處，管線長203 m，進口底高程124.06 m，管道采用315 mmPE 管。本次西園供水工程建成后，對中園供水管道進口處采用微膨脹C30混凝土封堵，封堵長度1.00 m。

5 結語

綜上所述，南陽世界月季大觀園西園供水工程設計要點分析，在認識供水工程概況的基礎上，分析工程設計基本資料；同時從供水工程管道管材比選、水力計算及管道結構計算等三方面進行供水管道設計；進而實施進水閘工程、供水管道工程、出口消力池工程與原中園供水管道封堵工程等方面的工程設計。