關(guān)于弧形自承重DN800跨越漕運(yùn)明渠過河管道方案與實(shí)施的討論與確定

摘要：伴隨著城市的不斷擴(kuò)大和延伸，相應(yīng)市政措施勢必也要相應(yīng)地?cái)U(kuò)大和延伸，在各種管線的敷設(shè)上必然會(huì)遇到跨越江河湖泊的問題。管道穿越江河成為市政建設(shè)尤其是已往埋地管道的敷設(shè)面臨新的問題與思考。

關(guān)鍵詞：弧形自承重；管道跨越

一 、情況介紹

隨著改革開放的不斷深入，城市不再局限在原有的城區(qū)范圍，都在不斷擴(kuò)大和延展。伴隨著城市的不斷擴(kuò)大和延伸，相應(yīng)市政措施勢必也要相應(yīng)地?cái)U(kuò)大和延伸，在各種管線的敷設(shè)上必然會(huì)遇到跨越江河湖泊的問題。管道穿越江河成為市政建設(shè)尤其是已往埋地管道的敷設(shè)面臨新的問題與思考。管道穿越江河常見的跨越方式有以下幾種：1. 架空跨越；2. 底部頂管穿越；3. 附屬橋梁（即懸掛橋梁）跨越。

尚新路地處西安火車北站南廣場南端，尚新路全長3.8公里，西起點(diǎn)為尚宏路（朱紅路立交），東至點(diǎn)尚華路。尚新路（尚宏路-明光路）段給水及中水管線管徑均為DN800球墨鑄鐵管，在（明光路-尚華路）段給水管徑為DN600球墨鑄鐵管，而中水管徑為DN300球墨鑄鐵管。西安火車北站處于明光路與尚華路之間。根據(jù)西安市2020給水規(guī)劃，火車北站的來水方向?yàn)樽晕飨驏|，即由尚宏路（朱紅路立交）給水管道給尚新路DN800給水管配水，而中水管道則由西安市第四污水處理廠DN800出廠管直配。尚新路（尚宏路-明光路）段存在漕運(yùn)明渠，漕運(yùn)明渠在此處的斷面圖如下：

正常的Ф800的卷板鋼管厚度最大為18mm,即D820x18鋼管。根據(jù)國標(biāo)05S506-1-26頁DN800管道跨度選用表，工作壓力0.6MPa,有保溫，壁厚18mm,允許跨度（L）a單跨21.7m;b雙跨21.7m；c三跨24.3m;d四跨23.5m;e 五跨及五跨以上23.7m。有此可知DN800管道最大跨度為24.3m，跨越方式為三跨。而漕運(yùn)明渠在此處的上口尺寸為26米，大于DN800管道最大跨度24.3米，所以采取何種方式跨越漕運(yùn)明渠成為直接影響鐵道部規(guī)定2011年1月11日西安北站正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

二、 確定方案

為了解決這一技術(shù)難題，筆者進(jìn)行了大量的市場調(diào)研及可行性分析，想到了不下10種過河方案，但最后確定了4種過河方案：

1.在漕運(yùn)明渠的護(hù)坡上打直徑1500的鋼筋混凝土樁的方式；

2.利用弧形自承重支墩方式；

3. 利用弧形自承重鋼筋混凝土灌注樁加支墩的方式；

4. 預(yù)制跨度為32米，寬度為3米混凝土梁的方式。

方案一：

優(yōu)點(diǎn)：a施工便捷

b鋼管加工周期短

缺點(diǎn)：a影響過洪斷面

b樣子過于簡單，不美觀，影響北站整體形象

方案二：

優(yōu)點(diǎn)：a 樣子美觀

b不影響過洪斷面

缺點(diǎn)：a鋼管加工存在一定難度

b支墩較大，支墩尺寸（7.28x9.1x2.52m），現(xiàn)場狹小，施工難度很大。

方案三：

優(yōu)點(diǎn)：a 樣子美觀

b不影響過洪斷面

缺點(diǎn)：a鋼管加工存在一定難度

b需要打樁。

方案四：

優(yōu)點(diǎn)：a 可敷設(shè)球墨鑄鐵管

b不影響過洪斷面

缺點(diǎn)：a鋼筋混凝土預(yù)制梁制作有困難

c施工周期長

d 施工費(fèi)用大。

通過以上4個(gè)方案比較，方案一雖然施工簡便但影響過洪斷面，直接遭到漕運(yùn)明渠管理部門的否定；方案二由于支墩尺寸巨大，現(xiàn)場無法正常施工；方案三①雖然鋼管加工存在一定難度，但造型美觀，符合西安火車北站的整體要求；②雖然需要打鋼筋混凝土灌注樁，但不存在支墩較大，無法施工。方案四混個(gè)凝土梁制作周期長，制作費(fèi)用高。綜合比較之下，選定方案三作為跨越漕運(yùn)明渠的首選方案。

三、 實(shí)施階段

方案確定后，面臨的就是施工，由于要保證鐵道部規(guī)定西安北站2011年1月11日的正常上下旅客要求。施工不可能放到2011年3月，因?yàn)檫@樣雖然對(duì)于混凝土的凝固和鋼制管件的焊接都有好處，但必須面對(duì)困難而且必須解決困難。對(duì)于施工過程中可能面臨的幾個(gè)問題：

a如何加工矢跨比1:9的d820x18弧形鋼管

b如何應(yīng)對(duì)地下水位較淺可能導(dǎo)致塌孔的影響

c施工階段正值冬季，正是西安地區(qū)氣溫最低的時(shí)段，地表溫度白天都在0°以下，如何保證焊接質(zhì)量。

這些問題解決的好壞在一定程度上影響著施工質(zhì)量的好壞，影響著施工進(jìn)度的快慢，影響著1月11日給水及中水管道能否正常的投入運(yùn)營，影響著火車北站旅客的正常用水需求。

若從訂貨到到貨，沒有15天是不可能的，且加工費(fèi)用較高。西安北站2011年1月11日正常運(yùn)行是無法更改的，也就是說不能拖延施工工期，經(jīng)過咨詢相關(guān)專家和通過力學(xué)計(jì)算，決定采取焊接的方式來滿足鋼管弧度的要求。一方面盡量使焊接接口數(shù)量最小，另一方面盡量使焊接后的鋼管受力最接近弧形鋼管受力（因?yàn)楹附愉摴艿膹?qiáng)度雖高，但脆性較強(qiáng)，若出現(xiàn)較為明顯的折點(diǎn)，就會(huì)成為最薄弱的受力點(diǎn)）。在場通過1:1放樣，經(jīng)過反復(fù)比對(duì)，確定每段焊接鋼管的中心距及內(nèi)外長度，以到最佳的受力要求高，加之尚新路地處西安西北郊，臨近渭河灘地，由于施工場地就在漕運(yùn)明渠的邊緣，地下水位必然較情況以沙土居多，如何確保證鉆孔的成孔率成為能否采用灌注樁的決定因素之一。經(jīng)過對(duì)地質(zhì)情況的分析，決定采用大型鉆孔設(shè)備來完成，這樣一來，可以節(jié)省時(shí)間，二來可以迅速的澆筑混凝土樁，保證灌注樁的長度及孔徑尺寸。對(duì)于室外氣溫較低，影響焊縫

質(zhì)量，施工單位臨時(shí)搭建了焊接操作棚，盡量減少由于氣溫等因素影響焊縫質(zhì)量等問題。

四、社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

西安火車北站是西安的重要門戶，每天上下旅客數(shù)以萬計(jì)，它周邊環(huán)境的好壞，相關(guān)設(shè)施的好壞及美觀程度在很大程度上反應(yīng)了西安市乃至陜西省的整體風(fēng)貌，只有與之相匹配，才能說是成功的設(shè)計(jì)。如果采取方案一，即便漕運(yùn)明渠管理部門審核通過，從設(shè)計(jì)的匹配性上已經(jīng)大大折損了西安火車北站的整體設(shè)計(jì)思路，破壞了周邊的建筑風(fēng)格。雖然保證了通水，但給人卻留下了粗制濫造，得過且過的設(shè)計(jì)印象，極大的損壞了即將打造的國際大都市的形象。從這方面將，社會(huì)效益是巨大的，是無法簡單的用金錢來恒定的。

若從經(jīng)濟(jì)效益上分析，方案三改彎管機(jī)彎管為焊接，一方面大大縮短了施工工期，因?yàn)槭┕すて谥挥幸恢軙r(shí)間，從時(shí)間上講縮短了10左右，每天施工工人的工資伙食費(fèi)加起來，每人150元／天，施工工人總數(shù)為20人，10天所需費(fèi)用為3萬元，再加上從外省的運(yùn)輸費(fèi)用，因?yàn)殇摴芄荛L30多米，分成兩段，需要四輛平板拖車運(yùn)輸，運(yùn)輸費(fèi)用每輛車4萬元，需要16萬元，再加上彎管費(fèi)用8萬元／根，需要彎管兩根，總共需要費(fèi)用35萬元，而改成焊接工藝，每個(gè)焊口費(fèi)用（包括切割管材及打磨坡口）為800元，總工有64個(gè)焊口，所需費(fèi)用為5.12萬元，直接節(jié)省29.88萬元。

從方案優(yōu)化方面來說，在我們選定的方案中，方案四混凝土預(yù)制梁雖然施工簡便，但制作周期長，需要工期30天，加之制作費(fèi)用大，跨度32米的鋼筋混凝土預(yù)制梁是非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，需要從新制作模板，模板費(fèi)用為85萬元，加上制作費(fèi)45萬元／根，本工程需要2根，運(yùn)輸費(fèi)用及混凝土預(yù)制梁吊裝費(fèi)用220萬元，累計(jì)需要395萬元。

綜合比較下，方案三直接節(jié)約工程費(fèi)用424.88萬元。

五、結(jié)論

本文著重討論了跨越河道的跨越方案，也只是跨越河道的一種辦法而已。對(duì)于不同管線及不同跨度或?qū)嵤l件，會(huì)出現(xiàn)不同的方案或處理辦法，譬如采用從河道底部頂管穿越或采取橋梁底部懸掛的措施來解決。但大的思路無外乎幾種情況，一 美觀適用；二施工操作性強(qiáng)；三投資資金少；四施工周期短等。

參考文獻(xiàn):

【1】 嚴(yán)煦世.《給水排水快速設(shè)計(jì)手冊(cè)》.1996年6月第二次印刷.第一冊(cè)，《給水工程》71-73頁.

【2】 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.《給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集》.2005年合訂本.《室外給水排水管道工程及附屬設(shè)施（一）》05S506-1-26-28頁.

作者簡介：張曉明，男，1974年生，工程師。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。