石家莊市南水北調(diào)配套工程?hào)|南管線方案設(shè)計(jì)

姚慧敏 王會(huì)波 楊 松

南水北調(diào)中線工程是緩解京津冀地區(qū)嚴(yán)重缺水的重大舉措，是國(guó)家資源優(yōu)化配置的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施。石家莊市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程是河北省南水北調(diào)配套工程的重要組成部分，是確保石家莊市用足用好引江水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。輸水管道工程（第二設(shè)計(jì)單元）主要包括5條輸水管線及部分管理設(shè)施，年分配水量4.0161億m3。其中，為石家莊市東南水廠供水的東南輸水管線總長(zhǎng)13.393km，管道設(shè)計(jì)流量1.64m3/s，多年平均分配水量4303 萬(wàn) m3。

1. 輸水線路選定

管道工程應(yīng)保證工程安全、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，在選線時(shí)遵循以下原則：線路盡量順直，且穿越鐵路、公路、河流盡量正交；盡量避開(kāi)已有建筑，減少拆遷量；盡量避開(kāi)現(xiàn)有通訊、供電線路，減少專項(xiàng)工程恢復(fù)費(fèi)用；結(jié)合市政規(guī)劃，避免敷設(shè)于改擴(kuò)建、規(guī)劃道路下，避免與在建、擬建工程相交，方便后期維修管理；在管道布置中，應(yīng)盡量采用小角度轉(zhuǎn)折；對(duì)同質(zhì)材管道可適當(dāng)增加彎頭的曲率半徑；對(duì)于穿越道路處，可適當(dāng)增加曲率半徑，加大轉(zhuǎn)折角度；盡量減少穿越工業(yè)園區(qū)和規(guī)劃城區(qū)，必須穿越時(shí)與規(guī)劃市政道路及其它市政管線相結(jié)合；盡量縮短線路長(zhǎng)度并使總投資最低。本工程輸水管線穿越耕地、現(xiàn)有道路等，管頂覆土厚度一般不小于1.5m。穿越鐵路、公路及河流管段根據(jù)規(guī)程、規(guī)范確定具體埋深。

輸水工程在總干渠上莊右分水口門涵洞末端處設(shè)分水井，東南輸水管線自分水井南側(cè)引出后，向南穿越規(guī)劃南二環(huán)西延線（玉泉路）沿規(guī)劃玉泉路南側(cè)穿越南泄洪渠、西三環(huán)，沿規(guī)劃匯安路、建華西路向東，穿越紅旗大街、民心河、京廣鐵路、石武客專預(yù)留箱涵，平行于建華路中心線布設(shè)。輸水管線至石家莊治安派出所南側(cè)后，沿規(guī)劃倉(cāng)盛路南側(cè)布設(shè)，穿越現(xiàn)東環(huán)線鐵路、107國(guó)道、民心河、裕祥街、建華東路雨污加壓泵站、倉(cāng)盛路，沿外方環(huán)路東側(cè)綠化帶向北進(jìn)入東南水廠。

2. 輸水方案選定

2.1 輸水方式確定的原則

一是當(dāng)水頭允許時(shí)，優(yōu)先選擇重力自流輸水方式。水頭不滿足的可采用加壓方式，也可采用兩種方式結(jié)合的型式。

二是泵站加壓輸水時(shí)，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定經(jīng)濟(jì)流速及管徑，經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算方法采用平均最小年值法，計(jì)算年限取50年。

2.2 輸水方式及管徑確定

結(jié)合水廠地面高程及配水井設(shè)計(jì)水位要求，采用最小年值法確定經(jīng)濟(jì)流速及管徑。

工程引水口上莊（右）分水口門設(shè)計(jì)水位 75.90m，總干渠設(shè)計(jì)水位77.43m，總干渠加大水位77.83m。東南水廠處地面高程64.5m，水廠配水井設(shè)計(jì)水位72.5m，進(jìn)出口高程差11.4m，依靠重力流可輸水至水廠，但不能滿足配水井設(shè)計(jì)水位要求。

針對(duì)以上情況，對(duì)5種輸水方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，分別為2種相同管徑（DN1600）、不同設(shè)計(jì)揚(yáng)程設(shè)加壓泵站方案和3種不同管徑（DN1400、DN1600、DN1800）自流輸水方案。 經(jīng)分析，加壓泵站方案出口水位能滿足配水井設(shè)計(jì)水位要求，但運(yùn)行管理不便，且耗電量費(fèi)用較大，工程總投資大。自流輸水方案管徑最小者，投資最省，但水頭損失大，出口水位低于地面高程；管徑最大者，投資多，且管道流速偏小。綜合考慮推薦采用DN1600自流輸水方案。

2.3 管材選定

本工程對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、鋼管（SP）和球墨鑄鐵管（DIP）3種管材進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，根據(jù)工程的不同部位和要求選擇合理的管材。

PCCP抗內(nèi)壓、抗?jié)B性能好，結(jié)構(gòu)可靠性高，適用于大中口徑管道；DIP耐壓強(qiáng)度為 4~5MPa，耐腐蝕，使用壽命高，施工方便，對(duì)地基沉降適應(yīng)性好，抗震性能高，適用于中小口徑管道；SP鋼管抗壓能力強(qiáng)，整體性好，重量小，施工方便，易于任何管件連接，但防腐性能差，投資大。

經(jīng)綜合價(jià)格分析，管徑1.4m時(shí)，球墨鑄鐵管 （DIP）價(jià)格低于PCCP管價(jià)格；管徑1.6m時(shí)，球墨鑄鐵管（DIP）價(jià)格略高于PCCP管價(jià)格；管徑1.8、2.0m時(shí)，球墨鑄鐵管（DIP）價(jià)格高于 PCCP管價(jià)格。由于球墨鑄鐵管在施工、質(zhì)量安全、運(yùn)行維護(hù)、使用壽命等方面性能均優(yōu)于PCCP，因此直徑1.6m及其以下的管道選用球墨鑄鐵管。

本工程穿越鐵路和高等級(jí)公路均采用輸水管道外套鋼筋混凝土涵 （管）的形式，內(nèi)部輸水管道選用重量輕，易與任何管件連接的SP。

3. 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目管線穿越石家莊市區(qū)二環(huán)以外三環(huán)以內(nèi)，正是石家莊擴(kuò)建的主要區(qū)域，管線在縱向上需要不斷的穿越燃?xì)?、電力、通信、給水、排水等管線及在建的雨污泵站等，實(shí)施過(guò)程難度較大，留給輸水管線的水平及縱向空間很小，因此在輸水方式、管徑及管材方案的確定時(shí)因優(yōu)先選用利于水流條件的方案，進(jìn)入水廠后設(shè)置提水泵站，因此，在自流能到達(dá)地面高程時(shí)，可節(jié)約工程運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。