马耀忠

（甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

引洮供水二期配套工程供水范围涉及定西、白银、天水市及平凉4 市8 个县区，发展灌溉面积29.2 万亩，年调水量3.15 亿m3，工程规模为II 等大（2）型工程［1]。引洮供水二期配套静宁县城乡供水小岔沟工程的主要进行调蓄水池、水厂、加压泵站、高位水池和供水管线的建设，其中，建设供水管线2 条长度2.2 km，配水管道总长53.83 km。供配水管线线路长，在线路布置时考虑到地形地质、施工条件、管线长度及投资等因素的影响，不可避免的跨越沟、跨河道以及跨越公路等特殊段建筑物，在设计施工中供配水建筑物经过特殊段建筑物的选型设计以及与管道保护措施非常重要，不仅影响工程投资，还关系到整个工程施工及后期运行的安全。因此，本文主要从供配水管线跨越沟、跨河道以及跨路等特殊段建筑物进行研究，并提出合理的设计及施工技术方法，为工程设计及施工提供参考依据。

2 输水线路跨沟（河）段设计

2.1 跨沟（河）输水建筑物选型

本工程供配水管道跨越沟道共计6 处，总跨越长度约5391 m，其中水厂直供管道0+000～1+400 段沿五方河河道左右岸布置，李店干管0+150～3+875 段顺五方河河道及I级阶地布置，其余4 处均为横跨沟道，配水管线跨沟统计见表1。

表1 配水管道跨沟一览表

根据管道跨越天然河道、冲沟时均设置立体交叉排洪建筑物，以保证洪水顺畅通过，保护管道安全，可选择的跨沟建筑物为渡管、填方涵管和倒虹吸［2]。考虑到大部分管线布置高程较高，水头充裕，跨沟建筑物选型需根据工程投资比较确定，在跨越小沟道且填方不超过10 m 时，采用渡管型式较经济；在跨越大沟道时采用管桥（跨度小于40 m）或倒虹吸型式，但管道在跨越较深的沟道采用渡管时支撑排架高度过高，工程投资偏大，一般情况下，支撑高度超过20 m 时，不宜再采用渡管形式，应以倒虹吸型式穿越。渡管及桥式倒虹吸设计时，支撑墩不宜设置在主河（沟）道中心，应尽量采用大跨度渡管或钢桁架管桥，跨度可采用30 m～40 m，主沟道尽量以大跨度通过，两侧可采用短跨度连接。

从表1 可以看出，本工程配水管线在跨越贾家河、治平河、葫芦河3 条河道时，跨度分别为163 m、134 m 和242 m，跨度均较大，均超过40 m，根据以上选型原则，确定本工程管线跨越贾家河、治平河、葫芦河3 条河道处均采用倒虹吸式埋管方案。根据平面布置，西张梁支管在桩号2+158～2+172 段跨越杨家沟，跨度较小为14 m。对此处跨沟建筑物进行渡管和倒虹吸式埋管两种方案进行比较，比较方案如下：

方案一：渡管方案

此方案西张梁支管在桩号2+158～2+172 段跨越杨家沟处采用渡管方案，渡管总长20 m，管材采用φ114 聚氨脂保温钢管，共计3 跨，支墩高度4.73 m～4.84 m，采用现浇C25 钢筋混凝土结构，截面尺寸500 mm×300 mm，底部设钢筋砼扩大基础，基础埋入河床3.5 m。

方案二：倒虹吸式埋管方案

此方案西张梁支管在桩号2+158～2+172 段跨越杨家沟处采用倒虹吸式埋管方案，管道长度14 m，设计埋深2.5 m，采用钢管，管道安装后，对管道外包现浇C25 混凝土，呈矩形断面，断面尺寸900 mm×900 mm，外包混凝土两侧夯填砂砾石、顶部依次采用小块石、大块石、格宾笼块石等防冲材料，上部采用原开挖料回填。两方案经济比较见表2。

表2 西张梁支管跨杨家沟处建筑物选型经济比较表

经计算，方案一直接工程投资约1.14 万元，方案二直接工程投资约9.16 万元，方案一较方案二投资省8.02 万元，结合以上选型原则综合考虑，确定本工程西张梁支管跨越杨家沟处采用方案一。

2.2 跨沟、跨河管道管材选型

管材需进行比较后使用，本工程供水流量均较小，管径均在400 mm 及以下，管材选择主要对钢管、球墨铸铁管及聚氯乙烯管（PVC-U）、聚乙烯管（PE）等管材等进行比较。结合本工程区的地质地形条件，及本工程中大部分管道工作压力情况，从管槽开挖、管道的制造到在管槽内安装整个土建施工程序考虑以及工程安全运行的要求、工程造价等综合因素，对输水压力较大及跨沟跨河跨路的管段采用无缝钢管和螺旋钢管（管道压力较大时，管道设计外径大于300 mm 采用螺旋钢管，管道设计外径小于300 mm 采用无缝钢管），管道钢材为Q345B，其余均主要选择PE100 型管材。

2.3 跨沟、跨河建筑物设计

根据跨沟建筑物选型原则，西张梁支管在桩号2+158～2+172 段跨越杨家沟处采用渡管方案，其余8 处（包括水厂直供管道沿途跨河4 处）管道跨河段均采用倒虹吸式埋管方案，渡管设计参考方案比选，本次重点进行倒虹吸式埋管设计。

为了防止管道或建筑物基础受沟道水流及洪水的冲刷破坏，对跨沟段管道需进行防护。

（1）管道跨沟段埋管冲刷深度计算

管道跨沟（河）处冲刷深度计算，计算方法采用《堤防工程设计规范》中堤岸冲刷深度计算公式，对管道跨沟段均按P=5%设计洪水，进行冲刷深度计算。根据管道跨沟各段所处沟（河）道纵坡、河宽，采用明渠均匀流公式计算出管道跨沟处沟(河)道在P=5%设计洪峰流量时的水深和流速，计算结果见表3。

表3 配水管道跨沟处沟道水力要素计算成果表

经计算，管道跨沟（河）处泥沙起动流速Uc及局部冲刷深度hs计算结果分别见表4、表5。

表4 管道跨沟（河）处沟（河）道泥沙起动流速Uc 计算成果表

表5 管道跨沟（河）处沟（河）道冲刷深度计算成果表

（2）设计埋深确定

已建工程经验证明，管道埋深对于管道及工程的运行安全至关重要，为了安全起见，根据前述冲刷深度计算结果，并结合附近工程实践经验，本工程管道埋深按设计埋深值确定为2.5 m～4.0 m，其中葫芦河计算冲刷深度为3.41 m，管道跨河处设计埋深值确定4.0 m；其余几处沟（河）道计算冲刷深度为0.11 m～-0.94 m，管道跨河处设计埋深值确定2.5 m。

（3）跨河（沟）处埋管防护措施

对于横跨沟（河）道段埋设管道，设计均采用钢管，管道设计埋深2.5 m～4.0 m。设计将跨沟段管槽开挖后，岩石、砂砾石地基不做基础处理，土基需进行表面夯实，底部铺设15 cm 厚现浇C15 砼垫层，将管道安装后，管道外包现浇C25 钢筋混凝土，呈矩形断面，断面尺寸900 mm×900 mm，外包混凝土两侧夯填砂砾石、顶部依次采用小块石厚度1.0 m、大块石厚度0.5 m、格宾笼块石厚度0.5 m 等防冲材料，上部采用原开挖料回填。

对于李店干管0+150 m～3+875 m 段，管道顺五方河布置，管道防护设计采用管槽开挖后底部铺设15 cm 厚细沙垫层，将管道安装后，两侧夯填砂砾石、顶部也及上部回填同上。

对于李店干管及水厂直供管道0+577～0+713、0+825～1+014 段局部临河侧布置的管道，设计将跨沟段管槽开挖后，岩石、砂砾石地基不做基础处理，土基需进行表面夯实，底部铺设15 cm 厚细沙垫层，其它处理方法同上。

3 跨路建筑物设计施工

根据输水线路总体布置，本工程管道局部地段跨越省、县、乡、村等各级公路，其中水厂直供管线跨越乡道1 处，配水管道跨越省、县、乡三级公路共37 处，其中跨越县级及以上等级公路19 处，跨越乡级及以下等级公路18 处。

管道跨越公路时，跨路建筑物选型需根据跨越公路等级、车流量等因素比较确定，当管线与县级及以上等级公路相交时，由于车流量较大，一般采用顶管法施工；当管线与乡级及以下等级公路相交时，一般将公路临时局部改线，采用明挖施工，施工完成后对公路恢复原状。管道跨越公路段管材全部采用钢管，采用明挖施工的管线基础应当加强处理，对管道采用现浇C25 钢筋混凝土外包，呈矩形断面，断面尺寸900 mm×900 mm；管道地基为岩石、砂砾石地基时不做基础处理，土基需进行表面夯实后底部换填30 cm 厚10%水泥土垫层，表层采用原开挖料回填并根据原路面标准对原路面进行恢复。

4 结论及建议

小岔沟工程在供配水道路布置时，不可避免的要跨越沟、跨河以及公路等建筑物，在设计时，既要考虑安全，又要权衡工程投资，因此在设计中要做好跨沟（河）、跨路的选型设计，在施工中按相关要求做好保护措施，如管道保护、河道防护、道路恢复、强化地基处理等，工程于2018年完工，现运行良好，效益显著。