济南西客站片区生态补水工程方案比选

2014-02-28蒋文清朱晓燕翟宗真

山东水利 2014年11期

关键词：输水管线宋庄国道

蒋文清，朱晓燕，翟宗真

（济南市水利建筑勘测设计研究院，山东济南 250014）

济南西客站片区生态补水工程方案比选

蒋文清，朱晓燕，翟宗真

（济南市水利建筑勘测设计研究院，山东济南 250014）

介绍了济南市西客站片区生态补水工程管道设计的总体布局，对工程设计方案的比选进行了详细阐述，为类似工程提供借鉴。

济南市；西客站；生态补水；工程设计

西客站片区位于济南市西部新城的核心，东至兴济河，南至腊山分洪道，西至玉符河，北至小清河，腊山河从中部穿过。西部新城河流水系发达，是黄河水、长江水、当地水三水交汇处，是济南市水资源较丰富的地区，具有得天独厚的自然优势。

济南市西客站片区生态补水工程管道设计方案，以玉清湖沉沙池为供水水源，输水管线工程利用已建成的玉清湖沉沙池至睦里闸输水管线向腊山分洪道和玉符河G220国道橡胶坝上游输水，满足腊山分洪道、玉符河中游段、腊山河、兴济河、小清河生态用水需要。

1 总体布局

玉清湖沉沙池为供水水源。输水管线利用已建成的玉清湖沉沙池至睦里闸输水管线向腊山分洪道和玉符河G220国道橡胶坝上游输水，输水管线总长4.094 km，其中腊山分洪输水干线长3.726 km，设计输水量为20万m3/d，加大输水量为24万m3/d，采用1根直径Φ1 600 mm管道；玉符河G220国道橡胶坝输水支线长0.368 km，设计输水量为10万m3/d，采用1根直径Φ1 200 mm管道。

输水管线接管后顶管穿越丁字河暗涵，沿黄河大堤堤脚外侧开槽敷设至桩号1+642，然后向南至玉符河，在桩号2+307～2+500倒虹穿越玉符河，然后沿玉符河左堤堤脚外侧开槽敷设至桩号2+924，在桩号2+924设Y型分水三通，其中输水干管沿腊山分洪道内顶管施工，穿越宋庄大桥和宋庄闸后，于宋庄闸上游80 m处设一出水池。

G220国道输水支线沿玉符河开槽敷设，穿越周王庄大桥和G220国道橡胶坝后，于橡胶坝上游50 m处设一出水池。

2 主要工程设计

2.1 水力计算

管道的水力计算采用曼宁公式：

Q＝A·V

式中：Q为流量，m3/s；A为管断面积，m2；V为管内平均流速，m/s。V＝R1/6/n；其中R为水力半径；n为管道糙率，取0.011。

玉清湖沉沙池设计水位36.0 m，腊山分洪道景观水位为31.0～31.7 m。经计算，输水管线局部水头损失系数为6.31。采用1根管径DN1600管道，设计流量时，出口水位32.5 m＞31.7 m，满足要求；加大流量时，出口水位31.01 m＞31.0 m，满足要求。工程为生态补水，重要性一般，输水管线选用1根DN1600管道。

2.2 方案比选

1）施工工艺选择。输水工程采用有压重力流，总长4.094 km，管道埋深2～7 m。沿程穿越丁字河暗涵、腊山分洪道G220宋庄大桥、宋庄闸段交叉建筑物，现状树木密集，地形复杂。施工工艺拟定开槽敷设施工和顶管施工两个方案。开槽敷设施工是一种开挖的管道埋设施工技术：采用挖掘机机械施工或人工开挖梯形断面，管底铺设粗砂垫层，管道中心线以下回填水泥石屑，以上回填素土，分层夯实。顶管施工是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术：在工作井内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度逐节顶入土中。两种施工工艺进行了技术经济比较见表1。

经现场勘查综合比较，本工程穿越丁字河暗涵、沿线道路、腊山分洪道G220国道宋庄大桥和宋庄闸段输水管线采用顶管技术施工；其余管线采用开槽敷设施工。输水支线穿越玉符河G220国道周王庄大桥段桥下埋设管线复杂，采用开槽支护、敷设施工。

表1 两种施工方案经济技术比较表

2）管材的选择。本工程所需管道具有内水压力较小、纵坡较缓的特点，内水压力不足0.2 MPa。设计中对螺旋钢管、预应力混凝土管、玻璃纤维增强塑料夹砂管3种管材艺进行了技术经济比较，从节省投资的角度，采用承受内压较小的预应力混凝土管。

经施工工艺、管材比较，本设计沿黄河大堤坡脚开槽施工，敷设预应力混凝土输水管；穿越玉符河倒虹至腊山分洪道G220国道宋庄大桥北侧输水管开槽施工，敷设螺旋钢管；穿越丁字河暗涵、沿线道路、腊山分洪道G220国道宋庄大桥和宋庄闸段输水管线采用顶管技术施工，管材为预应力混凝土管；穿越玉符河G220国道周王庄大桥段输水支线采用螺旋钢管。

2.3 管道敷设

根据输水安全和便于管理的要求，输水管线均敷设在河道内地面以下。管道的埋设深度，考虑冰冻影响、外部荷载、管材强度及交叉建筑物、交叉管线等因素，同时兼顾管道纵向的平顺，以减少弯管造成的局部损失，确定管道最小覆土深度为1.5 m，局部不足1.5 m的管段，要求回填到1.5 m。过河处管顶距设计河底不小于2 m，采用块石护砌。为了保证管道安全运行，必须在弯管处、转弯处设置混凝土支墩，在管道的转弯处亦适当加设了镇墩。

管道安装过程中和安装完成后应进行分段和全线水压试验。分段试验长度不大于1.0 km。预应力钢筋混凝土管的试验压力为1.5 MPa。

2.4 顶管设计

顶管位置应避开地下障碍物；顶管覆盖层厚度大于3 m；穿越河流时，顶管覆盖层厚度应满足管道抗浮要求。钢筋混凝土顶管的混凝土强度等级不低于C50，抗渗等级不低于W6；对钢筋混凝土管内外壁做相应的防腐处理。

取覆土最深处2+600进行典型计算，每延米地基承载力为67.81 KN，管道传力面允许最大顶力为8 264 KN，每节管长2 m，根据外压荷载要求采用Ⅲ级管，钢筋混凝土顶管标记为DRC1600× 2000GⅢAJC/T640。钢筋混凝土管优先采用钢承口接头。接头用橡胶密封圈使用双胶圈。

工作井、接收井采用现浇钢筋混凝土沉井结构；混凝土强度等级：封底混凝土垫层为C20，其余均为C30，抗渗等级为W6；平面尺寸、深度经计算确定。输水管线从睦里闸接管点到宋庄闸上游出水口长度为3.726 m，交叉建筑物有：穿越玉符河倒虹，与已查明的燃气、输水等管道交叉。管道附属设施包括阀门井、排水湿井、排气阀井、电磁流量计井。