城市道路穿越南水北调配套工程保护方案研究

2022-05-21唐顺成

水科学与工程技术 2022年2期

唐顺成

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州 450000）

南水北调配套工程是连接南水北调总干渠与各城市水厂的管线工程。本文所指南水北调配套工程位于河南省境内，河南省南水北调配套工程在2017年基本完成。南水北调配套工程起初规划设计时，为了减少对城镇的干扰，管线主要布置在城市远郊农田和荒地。但随着城市化进程的加快，城市交通网不断向市区周围扩展，新建道路日渐增多。南水北调配套工程线路长、支线多，部分新建道路势必与管线交叉。由于河南省大部分区域是平原地区，管道主要采用直埋方式，埋深大部分在3.0m以内，在管道上方修建道路，势必对管道结构产生一定影响。鉴于南水北调配套工程的重要性，新建道路与管线交叉时，必须进行专题设计及影响评价［1］。

1 工程概况

1.1 道路概述

本道路工程位于河南省内，为城市主干道，全长约2.8km，道路断面形式为一幅路形式，双向六车道，具体为：32.5m（红线）=4m（人非道）+24.5m（机动车道）+4m（人非道）。

1.2 配套工程管线概述

本道路工程主要穿越邻接河南省南水北调供水配套工程输水管线中的某水厂支管线。某水厂支管线设计流量为1.0m3/s，起点桩号为Kb10+100，终点桩号为Kb14+590.433，管线总长约4.49km，单管敷设，管径为DN1400，管材选择为PCCP。输水线路上设置检修阀、流量计、调流调压阀、进排气阀、放空阀井及湿井等附属设施。

1.3 穿越工程概述

本道路桩号K1+000.000～K1+026.000段影响配套工程管线桩号为Kb14+490.500～Kb14+590.433段，影响管线总长约100m。此次斜穿本道路管道共有两道——主供水管道和旁通管，两管道平行敷设，中心间距5.1m；管道公称直径均为1.4m；具体管道材质为预应力钢筒混凝土管（PCCP），承插口连接；管中心线高程58.836～59.688m，埋深2.2～2.7m。

主供水主管上还有2个阀井——排气检修阀井和流量计阀井。排气检修阀井尺寸为7.6m（长）×6.1m（宽）×5.1m（高），井筒壁厚0.8m，底板厚1.1m，井盖顶约高出地面0.5m。流量计阀井尺寸为4.9m（长）×4.6m（宽）×4.1m（高），井筒壁厚0.5m，底板厚0.6m，井盖顶大约高出地面0.3m。排气检修阀井内有一套DN1400蝶阀和一套DN200进排气阀，流量计阀井内有1套DN1400插入式超声波流量计。

另外，在主供水管道上方0.5m左右布设1根φ40/33HDPE自动化通信硅芯管，管内未穿电缆线。流量计井至管理区控制室之间有3根φ50镀锌钢管，管内穿有电缆线。

1.4 穿越工程建设的必要性

本道路桩号K1+000.000～K1+026.000穿越段东侧邻接城市河流，西侧邻接配套工程某水厂支管线管理站和水厂厂区，工程布置狭窄。如果绕开管理站和水厂厂区，绕线距离太远且影响后期道路运行，也不符合规划要求，因此此段道路必穿越配套工程管线。

2 穿越保护方案

2.1 布置方案

根据本道路及配套工程管道位置，再结合工程各方对道路修建及南水北调管道保护的要求，现提出以下2种布置方案。

方案1（跨越桥梁方案）：对原阀井进行保护处理，在道路跨越阀井时，可修建跨越桥梁，以方便管道检修。

方案2（拆除重建保护方案）：将两个阀门井外移出本道路红线范围之外，具体外移至本道路红线西侧约13m的绿化带范围内；新建流量计井中心距管道拐弯处约10m，新建排气检修阀井与新建流量计井中心距为15m，新建井的尺寸与原井尺寸一致；对原供水管（含主管与旁通管）进行拆除更换为钢管，然后对更换后的钢管进行外包钢筋混凝土箱涵保护；同时旁通管需进行延长至新阀门井北侧。

2.2 方案分析

2.2.1 方案优势

（1）方案1。该方案未改变原有管道及阀井布置，并在修建跨越桥梁时对原有管道进行充分保护。此方案很好地满足了南水北调办公室对管道保护的要求。

（2）方案2。该方案的优势较多，主要有以下几点：①行车安全的影响：新建道路线形较好，有利于车辆行驶。 ②投资方面：由于在此处无需抬高道路设计标高，无需修建桥梁，因此此方案投资较少；③管理房出入的影响：由于道路设计标高在此处略高于原地面线（0.75m），因此不影响原管道管理房的出入；④后期管道阀门检修及更换的影响：将阀井移至绿化带后，更便于对以后管道及阀门进行养护及更换，同时在养护时做到对道路交通的影响降至最低水平。

2.2.2 方案劣势

（1）方案1。该方案的劣势很明显，主要表现为以下方面：①投资方面，在管道前后各一定范围内，需抬高道路设计标高，并修建跨越桥梁，道路的抬高和桥梁的修建势必会造成投资的增加。初步估计，设计桥梁费用204.75万元，桥梁上增加挡土墙费用约50万元，原道路顺接新建道路增加费用约110万元，水厂出口顺延小路（5m宽）长130m增加费用约11万元，方案总投资需375.75万元。此外，施工难度增加，工期延长。②行车舒适度和安全的影响，架设桥梁，为保证检修阀井及流量计阀井后期的检修维护空间，需对桥梁进行抬高。按照纵断面设计，为保证交叉口纵坡小于3%，路线于原道路交叉点高程需抬高92.3cm。为保证道路顺接，要求原道路从交叉点向东110m的范围内以1.79%的纵坡加铺新建，原道路从交叉点向西40m的范围以1.44%的纵坡加铺新建。因此道路抬高造成行车舒适度降低，同时增大了交通事故发生的频率［2］。③管理房出入的影响，道路的抬高势必造成路高房低（路高出管理房约2m）的后果，从而影响管理房的出入。 ④后期管道阀门检修及更换的影响，阀门体积及重量均较大，后期阀门更换时需要很大的操作空间。若在管道上方修建桥梁，势必压缩阀门更换的操作空间，从而造成管道养护更换不及时带来的各种负面影响。

（2）方案2。由于该方案的实施，需对已修建好的设备、构造物进行拆除重建，从而造成了重复投资及不良的社会影响。

2.2.3 总结

综合以上两种方案的优劣势，选择投资少、行车安全、便于出行及后期设备检修更换的方案2作为推荐方案。

对于方案2中更换后的过路主管及旁通管的保护提出以下两种方案：方案1，修建钢筋混凝土箱涵，人可进入涵洞内维修；方案2，修建外包混凝土箱涵，即将更换后的主管与旁通管用钢筋混凝土紧密包封。对比以上2种保护防护方案，优劣势如下：

（1）优势。方案1：保护涵的修建便于后期管道的更换。方案2：穿管施工的投资少、工期短、施工难度低、便于后期检修与养护；同时管道相对原设计不需下沉。

（2）劣势。方案1：由于需保护两道管道，箱涵的截面尺寸较大（至少8m净宽、净高2.5m），为满足箱涵结构尺寸和覆土深度要求，管道相对原设计需下沉至少2m；又由于本道路东红线紧靠配套工程管理区围墙，管线布置难度加大，结构布置紧张；因此此方案不利于管道正常运行，同时会导致投资和施工难度加大，工期加长。方案2：不便于后期管道更换。

综合以上2种管道保护方案的优劣势，选择投资少、工期短、施工难度低、便于后期检修与养护的外包混凝土箱涵方案作为推荐方案，同时考虑到钢管的使用寿命较长，管道的更换频率很低，因此外包混凝土箱涵保护方案的优势就更加明显。

2.3 最终方案

根据以上比较，推荐方案中管道保护推荐方案为：DN1400钢管外包0.5m厚钢筋混凝土箱涵，总长36m，分4节，每节9m［3］。箱涵段横断面如图1。

图1 穿越道路箱涵横断面

3 附属工程穿越方案（电气和通信管道）［4］

配套工程原流量计井至管理房控制室之间埋有3根φ50镀锌钢管，钢管内穿有流量计电缆线。配套工程输水管线正上方0.5m处有1根通信硅芯管，硅芯管内未有通信线。此次拆除管道过程中，必定也拆除镀锌钢管和硅芯管，又因为流量计井位置的改变，因此，电气和通信管道线路需重新规划。

根据配套工程电气设计要求，新建的流量计井至管理房控制室之间设计3根φ50镀锌钢管，在电缆转折处，设置1个手孔，此手孔可与通信手孔并为1个手孔。拆除段线路电缆线需穿过本道路，根据GB50289—2016 《城市工程管线综合规划规范》规定，埋深应大于1.0m。电缆线还与道路雨水管和路灯电缆线交叉，根据GB50289—2016《城市工程管线综合规划规范》规定，电缆线与道路路灯电缆线之间平行和垂直间距应大于0.5m，电缆线与雨水管之间平行和垂直间距应大于0.5m。

根据配套工程通信设计要求，通信管道需进入管理房控制室内。在通信管道转折处，设置1个手孔，此工程有两处转折，需设置两个120mm×170mm手孔。拆除段线路通信线需穿过政通大道，根据配套工程通信设计要求，需埋两根2根φ40/33HDPE硅芯管并用SC110镀锌钢管保护，进入管理房控制室需埋两根4根φ40/33HDPE硅芯管。根据GB50289—2016《城市工程管线综合规划规范》规定，埋深应大于1.0m。通信线还与本道路雨水管和路灯电缆线交叉，根据GB50289—2016 《城市工程管线综合规划规范》，通信线与本道路路灯电缆线之间平行和垂直间距应大于0.5m，通信线与雨水管之间平行间距应大于1.0m，垂直间距应大于0.5m。