输水管道工程正深段设计要点综述

王建勇

摘 要 正深段輸水管道工程是石家庄南水北调配套工程的骨干工程，管道规模大、穿越工程多，是关键节点。本文主要介绍了正深段配套工程的设计要点。

关键词 南水北调配套;石家庄;输水管道;正定

前言

正深输水管道工程是石家庄南水北调配套工程的骨干工程，管道规模大、穿越工程多、施工工期长，是影响工程如期通水的关键节点。

1输水方式及管道条数

1.1 输水方式

根据各地表水厂水位，按管径和泵站扬程组合方案进行了比选，正定支线由于干管水位低于水厂地面高程，需采用加压输水方式，其余管线通过选择合适的管径实现自流输水，尽量减少工程投资[1]。

1.2 管道条数

根据《室外给排水设计规范》 “输水干管不宜少于两条，当有安全储水池或其他安全供水措施时，也可修建一条”。本工程管道条数的确定主要考虑了以下因素：

供水不足或突发事故时，对水资源进行统一调度和配置，充分利用当地地表水，可作为备用水源。

选用管材的安全性和管材的总体性能。本次管材选用了具有承受内外压力高、接口密封性好、抗渗能力强、结构可靠性高的预应力钢筒混凝土管和球墨铸铁管。

不同方案的投资比较。综合以上因素，本工程确定的布置方案为：取水口至正定新区分水口输水干线采用双排管道输水方案;其余管线采用单排管道输水方案。

2管道布置和敷设

2.1 纵断面设计

管道的埋设深度主要根据外部荷载、管材强度、土壤地基、冲刷深度、冻土深度、管道抗浮稳定以及上部耕种等因素确定。

管线穿越的一般地段多为耕地，耕作要求的覆土深度不小于2.0m，外部荷载如地面堆积荷载、地面人群荷载、地面一般车辆荷载等对管道的安全运行影响较小。综合分析，管道一般地段埋深不小于2.0m，对于管径小于1.0m的管道埋深要求不小于1.5m，穿越工程如穿越铁路、公路管段根据穿越工程的具体情况和行业规程、规范确定具体埋深。

2.2 管沟开挖

采用挖弧法施工，开挖土基圆心角为120度。管基面采用人工开挖。一般地段临时开挖边坡：黏性土1：0.75，密实无黏性土及混合土层1：1，松散无黏性土1：1.25～1.5;当开挖深度大于5m时，每5m设宽1.5m马道。

2.3 管材选择

对预应力钢筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）、焊接钢管（SP）三种管材进行了比选。

取内压0.6MPa和外压覆土厚度3m进行了投资比较。当管径小于DN1400时，球墨铸铁管（DIP）价格较预应力钢筒混凝土管（PCCP）底，管径DN1400、DN1600，预应力钢筒混凝土管（PCCP）与球墨铸铁管（DIP）价格差别不大;管径大于DN1800，预应力钢筒混凝土管（PCCP）价格低于球墨铸铁管（DIP）。因此直径1400mm及其以下管材选用DIP，直径1400mm以上管材选用PCCP。

由于穿越工程管道长度不大、钢管施工方便，因此在穿越建筑物处选用钢管[2]。

3水力计算

3.1 进水池输水管道底高程确定

进水池输水管道底高程根据管道的最小淹没深度和管径确定。选取的管底高程高于进水池池底0.5m，最小淹没深度满足设计要求。

3.2 输水管道水压线

输水管道水压线根据确定的管道纵断面通过水头损失计算确定。主管材预应力钢筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）糙率系数均取为0.012。

根据管道工作压力外包线图，确定正定段输水管道工作压力为：输水干线管道0.4MPa、支线管道0.2MPa。

3.3 水锤计算

根据输水管道布置及供水流量分配情况，选择输水管线最长的深泽管道出口调流阀、分水流量最大的正定新区出口调流阀及最远的检修阀关闭情况进行水锤压力计算。

根据水锤计算成果，深泽管道出口调流阀20分钟关闭，输水管道内水锤升压小于工作内压的40%;正定新区管道出口调流阀15分钟关闭，水锤升压小于工作内压的40%;最远端检修阀20分钟关闭，水锤升压小于工作内压的40%，满足《给水排水工程管道结构设计规范[3]》的要求。因此确定各阀门关闭时间不小于20分钟。

4基础处理及管沟回填

4.1 基础处理

为减少管道不均匀沉陷，对地基为松散的粉砂、填土段采用基底面夯实、换填并夯实处理措施，夯实压实度不小于周边未处理地基密实度。

4.2 管沟回填

管道两侧管顶50cm以下的回填土，采用管沟开挖土分层铺设，其中预应力钢筒混凝土管（PCCP）压实度不小于0.90，球墨铸铁管（DIP）压实度不小于0.95;顶部50cm范围回填开挖的表层腐殖土;其他部位的回填土压实度不小于0.85。

穿越一般道路段管沟回填土，压实度满足路基要求，不小于0.95（重型击实）。

5管道防腐设计

管道防腐包括：钢管内、外防腐，PCCP管道内、外防腐和接口防腐，球墨铸铁管防腐。

钢管外防腐采用防腐效果好、便于施工、造价较低的环氧煤沥青特加强级（六油两布），厚度不小于0.6mm。由于钢管用量较少，其内防腐采用环氧白陶瓷防腐，涂层厚度不小于0.6mm。

管道埋设深度范围内土壤对钢结构具有弱～中腐蚀性，根据《初步设计技术规定（试行）》，PCCP管道外防腐采用无溶剂型环氧煤沥青，厚度0.6mm。管道接口型钢防腐，采用无毒环氧漆，厚度60μm;管道安装完成后外加水泥砂浆抹带。

球墨铸铁管一般为定型产品，管内防腐为水泥砂浆，管外防腐为喷锌加环氧煤沥青，无须二次防腐处理。

6管道水压试验

管道安装完成后依据《给水排水工程施工及验收规范[4]》（GB50268-2008）进行水压试验，试验段长度按检修阀布置一般为5～10km。

试验压力：PCCP干管0.6MPa，PCCP支管0.3MPa，DIP支管0.4MPa。管道采用允许渗水量作为合格标准判定依据，允许渗水量：DN1800 PCCP管5.94L/min.km，DN1600 PCCP管5.6L/min.km，DN800 DIP管2.7L/min.km。

参考文献

[1] 石家庄市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程正定段初步设计报告.

[2] 城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程：CECS_193-2005[S].北京：中国标准出版社，2005.

[3] 给水排水工程管道结构设计规范：GB_50332-2002[S].北京：中国标准出版社，2002.

[4] 给水排水管道工程施工及验收规范：GB50268-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.