南水北调供水管线穿越道路设计方案

陈亚男，雷雨，金超

（河南灵捷水利勘测设计研究有限公司，河南 南阳 473000）

1 工程概况

1.1 供水管线情况

供水管线起点位于南水北调中线总干渠右岸南阳姜沟分水口门后水池，终点为许庄水厂。主要供南阳市西城区及白河以南城区用水，年均分配水量5 540万m3。设计流量2.50 m3/s，采用DN1 400的PCCP管，工作压力0.40 MPa。管线全长2.13 km。供水管线现已建设完成，但暂未通水运行。

1.2 原西环路情况

拟建原西环路全长1 676 m，宽60 m，路幅为四块板形式，设计时速60 km。路面设计标准轴载BZZ-100，路面结构使用年限15年。交通等级为中等，交通饱和年限20年。道路东侧埋设污水管道与道路同时实施。污水管道采用DN800 mm 钢筋混凝土II级承插管。

1.3 管线穿越与邻接道路段情况

供水管线以“Z”型布置，沿规划枣庄路向东，穿越原西环路后，以89.76h拐角向南邻接原西环路。桩号1+576～1+718 段供水管线穿越原西环路桩号K1+014～K1+067 段，桩号1+718～1+942 段供水管线邻接原西环路桩号K1+067～K1+294 段道路东侧，之后供水管线以90.00h拐角向东至终点许庄水厂。

供水管线穿越道路及污水管道段规划路面高程130.42～130.19 m，埋设污水管道底高程126.23～126.08 m，供水管线顶高程125.44～125.45 m。污水管道与供水管线间净距0.79～0.63 m，不满足南水北调配套工程管理规定：“其他工程管线跨越供水配套工程管涵的最小垂直净距中污水管线1 m 垂直净距”的要求。供水管线邻接道路段水平净距0～15 m，邻接范围内路面布置为绿化带及非机动车道；供水管线在道路桩号K1+067～K1+148 段邻接污水管道，水平净距10～15 m，桩号K1+148之后污水管道位于供水管线保护范围外。

2 工程设计

2.1 方案比选

2.1.1 管线穿越道路方案比选

2.1.1.1 管线穿越处道路为桥梁方案

根据供水管线管径，原西环路跨越管线位置需修建跨度13 m的交通桥，桥梁宽度90 m，下部采用直径1 m桩基础。该方案通过桥梁架设，路面荷载将不再直接作用于供水管；缺点是桥梁桩基施工，会造成供水管线周围土层的扰动，不利于供水管线的安全；后期供水管线运行检修时，需要进行大开挖，不能满足日常运行检修条件；桥梁建设涉及新增永久占地。

2.1.1.2 调整供水管线管材方案

更换现PCCP管供水管道为无缝钢管，并在钢管外设钢筋混凝土套管。套管与钢管间采用C15 自密实混凝土填充。该方案调整供水管线管材，施工简单；不需新增临时占地；通过更换管材及设套管，加大了供水管线的安全系数；道路的运营对供水管线安全基本无影响；在供水管线运营期间，局部检修时，可在套管内直接操作，避免了对道路通行造成影响；现水厂暂未运行，方便施工。缺点是投资较大。

根据比选推荐调整供水管线管材方案：供水管道管材由PCCP管调整为钢管，并在钢管外套钢筋混凝土管。钢管与套管间用C15自密实混凝土填充。

2.1.2 污水管道和供水管线位置方案比选

2.1.2.1 污水管道下沉方案

污水管道采用倒虹吸形式，从供水管线下部穿越。按照垂直净距不小于2 m控制。同时将进出口竖井布置在配套工程保护范围外，污水管道倒虹吸位于道路桩号K0+965～K1+148段，长183 m。该方案中污水管道下沉，满足垂直净距1 m 的要求。但污水管采用重力流形式运行，泥沙和油污结合后沉积，很难抽排或人工清理，管道存在堵塞的风险，加大了运营期间的检修和维护工作。且淤堵可能导致污水从检查井中冒出，有污染供水管线水质的风险。

2.1.2.2 供水管线下沉方案

供水管线桩号1+837～1+848段为跨现状支沟倒虹吸段，为减少局部水头损失，设计下沉供水管线桩号1+549～1+837段，与现状倒虹吸水平段顺接，长度288 m。套管末端超出道路跨越供水管线末端桩号1+718 处113 m，保证了原西环路邻接供水管线水平净距不小于10 m。下沉段供水管线中心线下沉深度0.93～0.97 m。该方案通过供水管线下沉结合前述更换管材及套管，加大了供水管线的安全系数，后期原西环路加宽或者道路级别调整，对供水管线影响较小。

综上所述，推荐供水管线下沉方案：减小了道路运营对管线的影响，确保供水管线安全；通过套管设计避免外部污、雨水等污染供水管线水质；满足日常巡护检查的需求。同时根据规划，该处即将新建污水管网，届时，将位于南水北调供水管线管护范围内的污水管网封堵，将原西环路污水管网接入新建管网，避开南水北调供水管线管护范围。

2.2 管线穿越与邻接设计

2.2.1 线路布置

根据原西环路和供水管线的位置关系，结合该区域整体规划，采取沿用原供水管线走向不变。

供水管线套管起始端布置超出道路跨越范围外5 m，末端与桩号1+837～1+848 倒虹吸水平段顺接，设计下沉供水管线桩号为1+549～1+837 段，下沉管线长度288 m；供水管道斜坡段不设套管，套管段桩号为1+571～1+831长度260 m。结合道路绿化带布置，污水管道桩号K0+965～K1+148段管材调整为钢管外设套管，长度183 m。

2.2.2 管材选取

结合供水管道及污水管道管径及工作压力，下沉段供水管道采用Q355C钢管替代PCCP管道，管径D1 420 mm，工作压力0.40 MPa；套管采用DN1 800 顶管用Ⅲ级钢筋混凝土钢承口管。污水管道采用Q355C 钢管替代钢筋混凝土排水管，管径DN820 mm，壁厚10 mm；套管采用DN1 000顶管用Ⅲ级钢筋混凝土钢承口管。

钢管安装前先进行除锈，内防腐采用IPN8710-2B 型水溶漆防腐涂料，三道底漆，三道面漆，颜色为灰色；外防腐为3PE外防腐层。

2.2.3 供水钢管壁厚计算

钢管主要承受内水压力和外部土压力荷载，考虑管道埋置深度，受土拱作用，主要荷载为内压，根据内水压力荷载计算管道壁厚：

式（1）（2）中：δ一钢管计算壁厚，mm；P—设计压力，按照试验压力0.90 MPa；D—钢管外径，1 420 mm；［σ］—钢管的许用应力，MPa；K—设计系数，取0.30；Φ—焊缝系数，无缝钢管取1.00；σs—钢管的最小屈服强度，取355MPa；T—温度折减系数，取1.00；C—腐蚀余量，取4.00 mm。

经计算，供水管道计算壁厚10 mm，设计考虑富裕度选取12 mm厚钢管。

3 施工中出现主要问题及处理方法

3.1 对未调整段供水管线的保护

在施工过程中，施工车辆可能从未调整段供水管线管身上通过，对管道产生不利影响。因此在施工非道路区管线两侧设置围挡；在道路跨越供水管线位置增设30 mm厚钢板衬垫，衬垫范围为道路跨越管道管护范围及其外延5 m的区域；不允许载重超过10 t的运输车辆等在供水管线上方通行。

3.2 套管内钢管的安装

套管内钢管传统的安装方法是在套管上铺设槽钢轨道，用小车托举钢管在轨道上利用卷扬机牵引行进，这种方法的缺点是小车容易发生倾斜不易控制。改进为参考带式输送机运行原理，将拖轮固定在钢筋混凝土套管内壁，形同输送机的托辊；钢管由卷扬机牵引，直接在拖轮上行进。这种方法易于操作，拖轮与钢管间为滚动摩擦，减小了前进阻力。

4 结语

项目是道路及下部污水管道在南水北调受水区供水配套工程管理及保护范围内跨越、邻接供水管线工程的设计方案。通过下沉供水管线，采用无缝钢管对供水管道及其上部污水管道管材进行更换，在钢管外设钢筋混凝土套管，套管及钢管间用C15自密实混凝土填充的方案，满足了供水管线安全运行及日常巡护检查的需求，同时也加大了供水管线的工程安全及供水安全。