南阳世界月季大观园西园供水工程设计要点分析

2024-03-09赵姗姗

河南水利与南水北调 2024年1期

赵姗姗

（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

南阳世界月季大观园西园（以下简称西园）位于示范区月季大道以南、机场北五路以北，东与已建的大观园中园相接，西与白河相连，总占地面积92.01万m2。

南阳世界月季大观园西园水域面积30.83万m2，景观水位123.00 m，蓄水量28.30 万m3。鉴于现状中园供水管道流量不足，确定新建供水工程以解决西园的供水问题。西园供水工程进水口位于白桐干渠桩号20+057 右岸，供水由白桐干渠经输水管道入中园，工程包括进口闸室段、管道段及出口消力池段3部分，管道段下穿月季花廊、东环路及中园微地形，出水口位于中园水系东南角，在中园水系西侧出口跌水处入西园。

工程主要内容包括：①进水闸工程：闸室总长3.50 m，宽2.00 m，闸孔尺寸为0.60 m×0.60 m，闸底板高程124.67 m，采用C25 钢筋混凝土结构，设计流量0.40 m3/s；其中闸室进水口采用渐变设计，开口处由正方形0.80 m×0.80 m 渐变至正方形0.60 m×0.60 m，随后由0.60 m×0.60 m 正方形渐变为内径0.60 m 管道与DN630 钢管平顺连接；DN630 钢管长2.80 m，用法兰与DN630PE 管道连接；进水口处设0.60 m×0.60 m 平面铸铁闸门一扇和1.20 m×1.20 m拦污栅一扇，配套5T手电两用螺杆式启闭机1套（含电机）、配电箱1台及低压供电线路330 m，配套流量监测计一套，闸门远程自动化控制一套。②供水管道工程：定向钻进管道管材采用一根DN630PE 管道（PE100 公称压力1.25 MPa），热熔接口。管道段全长312.79 m，其中定向穿越月季花廊停车场南侧及东环路段长190.79 m，中间管道转弯明挖施工段长13.62 m，转角78°，定向穿越中园微地形段长108.38 m。管道采用单根DN630PE 管（1.25 MPa，壁厚46.30 mm），设计进口管内底标高124.67 m，出口管内底标高124.28 m。明挖施工段管道设置3 个镇墩。③出口消力池工程：新建消力池总长8.00 m，其中新建斜坡渐变段长4.00 m，宽0.63～2.00 m，底部采用C25 钢筋混凝土护砌，厚度为40 cm，坡比为1∶4，两侧设置C25 混凝土挡墙，挡墙顶宽25 cm，底宽84 cm，墙高140 cm；新建消力池水平段长4.00 m，宽2.00 m，池深0.40 m，池底高程为123.28 m，两侧设置C25混凝土挡墙，挡墙顶宽25 cm，底宽84 cm，墙高140 cm。消力池末端采用格宾石笼防冲槽，总长2 m，宽3 m，厚度为1.50 m。④原中园供水管道封堵工程：中园供水管道进口位于白桐干渠右岸19+930处，管线长203 m，进口底高程124.06 m，管道采用315 mmPE 管。此次西园供水工程建成后，对中园供水管道进口处采用微膨胀C30混凝土封堵，封堵长度1.00 m。

工程总投资189.60万元。工程部分投资182.05万元（部分费用分别为金属结构及设备安装工程2.50万元，施工临时工程15.06 万元，独立费用23.77 万元）。水土保持工程投资1.95 万元。主体工程主要工程量：土方开挖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。主体工程主要材料用量：钢筋2.224 t，商品混凝土97.59 m3，汽油0.154 t，柴油0.469 t。总工时数量为3 559个。

2 工程设计基本资料

此工程设计引水流量为0.40 m3/s，根据《灌溉与排水工程设计标准》规定，相应管道工程建筑物级别为5级。

2.1 成果资料

①《南阳市城乡一体化示范区白桐干渠月季公园段改造工程》（报批稿）；②《南阳市中心城区东环路（袁庄至双铺段）建设项目两阶段施工图设计岩土工程勘察报告》；③《南阳世界月季大观园西园景观设计施工图》。

2.2 建筑材料特性及设计参数

①材料主要有PE 管道、混凝土、钢筋混凝土和钢筋，混凝土容重24 kN/m3，钢筋混凝土容重25 kN/m3，混凝土C15 混凝土、C20 混凝土、C25 混凝土、C30 混凝土，钢筋为HPB235 级、HRB335级钢筋。②混凝土、钢筋、PE管道的设计参数。

2.3 工程布置

供水管道进口位于白桐干渠右岸20+057 处，管线穿越花廊停车场南侧和东环路后向西北转弯，出口设置在园区东南角，管线长312.79 m。管道进口定向钻进段长194.80 m，中间明挖施工段弧长13.62 m，弧长夹角78°，管道出口定向钻进段长108.38 m。此工程的主要建设内容包括：进口闸室段、供水管道段、出口消力池段3 部分。工程建成后，并对施工过程中拆除的白桐干渠挡墙和园区景观进行恢复。

3 管道设计

3.1 管材比选

根据工程经验，输水管道工程选择PVC-M管、PE管、螺旋钢管进行比选，各管材的性能对比表见表1。

表1 管材比选表

此工程地形较复杂，对管道柔韧性及强度要求较高，且项目对工程安全运行要求较高，PVC-M管道抗压能力相对较差，螺旋钢管投资相对较高，不够经济，故此次选用PE管道。

3.2 水力计算

西园水域面积30.83 hm2，景观水位123.00 m，蓄水量28.30万m3。根据供水计划制定此次供水规模，计划用时10 d蓄满，则工程设计流量为28.30×10 000/（10×24×60×60）=0.33 m3/s，此次按照0.40 m3/s进行设计。

3.3 管道结构计算

根据前述水力计算所确定的管径，结合《给水排水工程管道结构设计规范》《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》对于PE管道的材料要求，管道拟选用DN630PE管道（PE100公称压力），单节长5.00 m，壁厚分别选取37.40、46.30、57.20 mm 进行结构对比。

3.3.1 管道回拖力计算

表2 定向牵引管道单位长度管道重力值表

表3 定向牵引管道单位长度管道净浮力值表

③管道回拖力按《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》提供的公式计算：

式中：fh—塑料管道与孔壁的摩擦系数，可取0.3；wf—单位长度空管道所受的净浮力（kN/m）；θ—管道弯曲角度（rad），此次最大角度为72°，转化为弧度为1.26；L—PE定向牵引管道长312.79 m。

经计算，不同壁厚的PE管定向牵引管道回拖力T见表4。

表4 定向牵引管道单位长度管道回拖力计算表

④管道传力面承受最大回拖力按《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》提供的公式经计算，不同壁厚的PE管定向牵引管道材承受最大回拖力T见表5。

表5 定向牵引管道单位长度管材承受最大回拖力表

3.3.2 管道结构比选结果

经计算，对管径DN630 不同壁厚进行比选，由表2、3、4、5可知，管径DN630，壁厚37.40 mm管道可承受的最大回拖力为344.47 KN，不满足计算回拖力419.27 KN；管径DN630，壁厚46.30 mm 管道可承受最大回拖力为424.29 KN，可满足计算回拖力417.37 KN，故此次定向牵引管道工程选取DN630，壁厚46.30 mm，公称压力1.25 MPa的PE管道。

4 工程设计

此供水工程包括进口闸室段、供水管道段、出口消力池段3部分组成。

4.1 进水闸工程

闸室总长3.50 m，宽2.00 m，闸孔尺寸为0.60 m×0.60 m，闸底板高程124.67 m，采用C25 钢筋混凝土结构，设计流量0.40 m3/s；其中闸室进水口采用渐变设计，开口处由正方形0.80 m×0.80 m 渐变至正方形0.60 m×0.60 m，随后由0.60 m×0.60 m 正方形渐变为内径0.60 m 管道与DN630 钢管平顺连接；DN630钢管长2.80 m，用法兰与DN630PE管道连接；进水口处设0.60 m×0.60 m 平面铸铁闸门一扇和1.20 m×1.20 m 拦污栅一扇，配套5T手电两用螺杆式启闭机1套（含电机）、配电箱1台及低压供电线路330 m，配套流量监测计一套，闸门远程自动化控制一套。

4.2 供水管道工程

定向牵引管道管材采用一根DN630PE管道（PE100公称压力1.25 MPa），热熔接口。管道段全长312.79 m，其中定向穿越月季花廊及东环路段长190.79 m，中间管道转弯明挖施工段长13.62 m，转角78°，定向穿越中园微地形段长108.38 m。管道采用单根DN630PE 管（1.25 MPa，壁厚46.30 mm），设计进口管内底标高124.67 m，出口管内底标高124.28 m。明挖段设置3个镇墩。

4.3 出口消力池工程

新建消力池总长8.00 m，其中新建斜坡渐变段长4.00 m，宽0.63～2.00 m，底部采用C25 钢筋混凝土护砌，厚度为40 cm，坡比为1:4，两侧设置C25 混凝土挡墙，挡墙顶宽25 cm，底宽84 cm，墙高140 cm；新建消力池水平段长4.00 m，宽2.00 m，池深0.40 m，池底高程为123.28 m，两侧设置C25混凝土挡墙，挡墙顶宽25 cm，底宽84 cm，墙高140 cm。消力池末端采用格宾石笼防冲槽，总长2 m，宽3 m，厚度为1.50 m。