大型供水管道过河方式选择及实例分析

沈炜

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

1 引言

供水工程是重要的民生工程，影响城市生产生活的有序开展。管道实施路线的确定，节点优化均需要对现场进行仔细的踏勘，经过方案的优化比选后再合理确定。管道穿跨越河道方式是设计的重要节点之一。本文结合工程实例，论述大型供水管道穿越河道方案的优缺点。

本工程位于东部某大型城市，根据城市供水规划，供水主干管由水厂接出，沿市政主干道敷设2根 DN2000mm 管道，供应3处区域居民和公共用水，本次工程按近期要求设计1根DN2000mm 管道，管道的工作压力为 0.5MPa 敷设于道路远期绿化带退让区域内。管道沿线穿越河流、堤坝、铁路等障碍物时，需要综合考虑河道及铁路协调难度、地块开发、施工周期以及支墩、桩支撑尺寸大小等因素，比选确定按近期还是远期建设。本工程按远期规划敷设2根 DN2000mm 管道设计。其中本工程 K01+760 处的河道呈南北走向与设计管道垂直相交，河道规划上口宽度为 62m，河道底标高为 3.8m（吴淞高程，下同），河道常水位 5.80m，洪水位 12.48m。河道东侧紧邻河堤，规划河堤顶高 13.68m。本文以管道穿越江宁河为例，结合设计过程中的要点，综合考虑地质、施工、用地、日常维护、工期等方面，就大型供水管道穿越河道方式及其特点进行论述分析。

2 架空过河特点

管道架空过河，利用桥梁牛腿、桩基、支墩等作为支撑部位，根据地质、管道跨度等条件按设计间距布置，管道敷设其上跨越河道，是管道穿越河道的常见的形式。

管道采用 2020mm×30mm 螺旋缝钢管，管道荷载标准值（自重+水重+雪重=41.97kN/m），加上中间桩顶支座承台的重量 224.25kN、中间桩顶柱的重量 141.37kN，20×41.97+224.25+141.37=1205.02kN，根据地勘将桩置于②-3 粉质黏土层，设计采用 φ1000mm 钻孔灌注桩。管道跨距按《管道支架设计手册》计算，L=34m，考虑焊缝折减，实际跨度取 28m，因为需要连续跨越河道跟河堤，架空段总长约 120m，按《给水排水设计手册》[1]，考虑温度造成的热胀冷缩影响，架空段一般不超过 100m，超过时需设置伸缩器，而管道设置伸缩器后，破坏整体焊接管道由刚性受力变为可滑动受力，以管道工作压力 0.5MPa 计，管道设计内应力为 1.0MPa，内水压力产生水平向推力，此时需要依靠固定支座或管道两端设置镇墩抵抗，2种方式均有不足：架空管中心标高 19.2m，灌注桩出土高度约 15m，设置固定支座时需要增加桩长提升桩的抗弯能力；DN2000mm 管道镇墩尺寸较大也是设计需要注意的问题。

3 顶管过河特点

顶管施工是借助顶进装置将管道依次顶进的非开挖施工技术，主要适用于管径大于 800mm 的管道，顶进管材可采用钢管、玻璃钢加砂管、钢筋混凝土管。顶管施工与开挖施工相比仅工作井和接收井需要开挖施工，减少土方开挖运输、回填、降水、支护等工程量；穿越公路时可保障交通正常通行，还可减少噪声、振动、灰尘对附近居民生活产生干扰；施工对建筑物影响小，穿越绿化和公园地块可保护地上树木景观，避免移植回栽费用。诚然顶管施工有如上优点，在进行方案选择时仍应慎重，因为是在地下非开挖施工，应把地质勘探作为顶管施工核心，只有探明地质构造、地貌、土壤、地下水等的性质，有无暗河、流沙、地震液化等情况，才能确定是否适合采用顶管施工；防止顶进中断，避免开挖取机头，增加施工难度，提高工程投资；确定顶管机头类型、工作井和接收井的结构设计、管道受力分析、顶进长度等。除了地质资料，还需探明地下管线的情况，校核管道间距、高程数据，不满足规范要求的通知管线单位进行迁改或者调整顶管高程或平面位置。

本工程管道需要穿越河道与河堤，顶管工作井、接收井东西分设，双 DN2000mm 管道共用工作井，顶进长度约 120m，双管轴线间距 5.5m，管顶距规划河底 3m，工作井尺寸 11m×10.5m，接收井尺寸 7m×10.5m，井深约 12m，降低开挖支护、降水难度，设计采用沉井施工。支墩与沉井相结合设计，井内管道预留人孔方便检修。

顶管设计应符合 CECS 246—2019《给水排水工程顶管技术规程》的要求，建议设计过程需注意以下问题：管道穿墙根据不同土质降低地下水、缩短穿墙时间、加固土体；钢管焊缝需补充防腐，输水管道采用食品级防腐材料，焊缝质量应射线检测；实验确定触变泥浆比例、控制顶进误差、速度。

4 拱管过河特点

拱管是利用钢管自身刚度、强度作为支撑，焊接成的弧形上拱结构，管道既是供水管道又是支撑稳定结构，构造简单，用料节约，尤其适合大跨度、大管径、有通航需求的工程，管道检修方便。拱管需要根据地质、管材等级、通航净高、河道宽度合理设计矢跨比，一般为降低两侧支墩水平推力，建议采用矢跨比 1/8～1/10，管道自重加风载、雪载较大时矢跨比可降低，具体需根据管径、壁厚、温差、地质确定，虽然拱管外形优美犹如彩虹但也须跟周边景观相协调。支墩后背被动土压力与支墩底部摩擦力合力应大于管道截面推力之和。拱顶处安装排气阀，排除管道内水流溢出的气体，防止压缩管道过水断面，保护管道安全，排气阀管径选择原管径的 1/8～1/10。

拱管应按设计要求制作外，还应注意以下几点：钢管焊缝100%进行 X 射线探伤，拱顶 10m 范围内无焊口；管道现场拼装焊接成型起吊，吊装支点稳定，用电可靠吊运过程不能中断，吊装应使管道不变形，拱管的拱顶与拱趾保持共面，垂直误差不超过 10mm，防止扭曲，管道吊装前后均应进行试压，吊装需避开雨雪天，在风浪和温差小的时间进行。

5 其他过河方式特点

管道过河除上述 3种方式，还有围堰开挖埋管、沉管方式。围堰开挖过程风险可控，遇复杂地质应对方法灵活，不影响河道行洪，施工难度低，过小沟塘及不通航河道经常采用。但开挖施工降水对建筑物有影响，管道埋于河底管道顶部覆土小于顶管，大型管道抗浮设计不可忽视，不满足可采用钢筋混凝土包封、抛石等措施增加配重，如通航河道还应评估船只抛锚对管道运行安全的影响。施工过程中要采取引流措施保障河道水流畅通。

沉管是将预制好的管道采用船舶运输至设计位置，采用浮吊升高再给管道加载下沉到预先挖好的河底沟槽内，最后顶部覆盖石块等荷载。沉管已普及运用在管道跨江河、跨海工程。沉管施工期间需要封航，管槽开挖对水环境有影响，管道维修困难，埋深小清淤量不大，有船只抛锚安全风险，施工工期短，实施风险较低，一般选择风平浪静施工。

6 结语

架空方案镇墩尺寸偏大且高出地面，拱管与周边景观不协调，沉管施工不便，最终采用顶管方案。大口径供水管道对城市而言至关重要，作为其施工重要节点，管道穿越河道方式选择应慎重，需要综合考虑近远期规划、用地规划、地质资料、河道是否通航、封航时间、河堤安全、城市防洪、工期长短、施工难易、管道维修难度等，架空管还应与周边景观协调一致，具体到单个工程应通过技术经济分析后选择合理的过河方式。