樊亞婷

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原030024）

武鄉(xiāng)供水工程東干線設(shè)計簡述

樊亞婷

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原030024）

武鄉(xiāng)縣東干線供水工程從關(guān)河水庫取水，沿濁漳河和蟠洪河布置管線，對供水干線主要建筑物進行了設(shè)計，確定了供水方式、供水管道尺寸、管道敷設(shè)方法及沿管線布設(shè)的相應(yīng)建筑物。該工程的實施對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和水資源的合理利用具有重要作用。

干線管道；供水建筑物；供水工程；武鄉(xiāng)縣

1 工程概況

武鄉(xiāng)縣東干線供水工程從關(guān)河水庫取水，沿濁漳河和蟠洪河布置管線，引水規(guī)模1 038.5萬m3，其中生活供水流量0.027m3/s，工業(yè)供水流量0.201m3/s，農(nóng)業(yè)灌溉面積1 666.67 hm2。工程等別為Ⅳ等，規(guī)模為?。ㄒ唬┬停谜?、供水管道等主要建筑物級別均為4級，泵站洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇洪水設(shè)計，50年一遇洪水校核，供水管道及閥室為10年一遇洪水設(shè)計，30年一遇洪水校核，臨時建筑物級別為5級。

2 供水線路

供水干線始于關(guān)河水庫發(fā)電洞分水閥室，沿濁漳河和蟠洪河道布置，在李峪村和祥良村設(shè)加壓泵站揚水。其中在濁漳河河道主要為重力流輸水，蟠洪河為管道加壓供水，管線在各受水區(qū)設(shè)分水口分水。

3 主要建筑物設(shè)計

供水干線主要建筑物包括取水建筑物、李峪一級泵站、祥良二級泵站、供水管線和事故備用水池等。

3.1 取水建筑物設(shè)計

關(guān)河水庫引水發(fā)電洞位于大壩右岸巖基上，首部設(shè)進水塔，塔前設(shè)攔污柵，中部設(shè)調(diào)壓分水塔，塔內(nèi)分兩條管道。發(fā)電洞內(nèi)壁混凝土出現(xiàn)脫落、鋼筋保護層剝離、裂縫等現(xiàn)象，根據(jù)類似隧洞修復(fù)經(jīng)驗，采用環(huán)氧樹脂砂漿進行抹面修復(fù)。經(jīng)復(fù)核計算，修復(fù)后基本不影響原發(fā)電引水規(guī)模。

根據(jù)實際運行情況，調(diào)壓分水塔灌區(qū)分水口已廢棄多年，本次設(shè)計擬在原位置拆除原分水閥室后重新布置。擬建分水閥室為上下結(jié)構(gòu)，上部為檢修控制間，磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑2.52m，凈高3.0m；下部為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑2.4m，底板、邊壁厚均為0.3m。分水閥取水最高水位964.467m，最低水位951.537m，設(shè)計引水流量0.728m3/s（考慮農(nóng)業(yè)）和0.228m3/s（不考慮農(nóng)業(yè)），閥后接直徑800mm的球墨鑄鐵管重力輸水。

3.2 李峪一級泵站

李峪一級泵站位于李峪村口北側(cè)濁漳河臺地上，廠區(qū)地坪905.0m。安裝3臺水泵，單機流量0.23m3/s，總裝機容量3×630 kW。泵站由主廠房、副廠房、壓力管道、進出水池等建筑物組成，對外交通與廠房東側(cè)緊鄰的南沁公路相連。

主廠房長30m，寬9m，地面高程以上采用排架磚混結(jié)構(gòu)，地面高程以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚1m，邊墻厚0.8m。廠房基礎(chǔ)為土基，設(shè)0.2m厚碎石墊層，上鋪0.1m厚C15混凝土墊層。副廠房平行布置于主廠房出水管一側(cè)，為單層磚混結(jié)構(gòu)，長24m，寬11m。

由于工農(nóng)業(yè)供水的不均勻性，為消減富余水頭，在進水池前設(shè)調(diào)節(jié)閥。進水池為C25鋼筋混凝土矩形結(jié)構(gòu)，長20m，寬6m，設(shè)計取水位905.06m，池底高程902.0m，底板厚0.8m，側(cè)墻厚0.6m，側(cè)墻高3.5m。

自水泵出口至出水池進口為直徑700mm的鋼管壓力管道段，出水支管3根，出廠房后至管道起坡點為管道合并和調(diào)整管道間距段，合并為1根主管，管徑800mm，長3.88 km。

出水管末端連接出水池，水池容積按15min管道設(shè)計流量考慮，容積500m3，采用C25鋼筋混凝土圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑14.0m，高3.5m，底高程1 066.7m，設(shè)計水位1 070.0m。

3.3 祥良二級泵站

祥良二級泵站位于祥良村對岸，蟠洪河左岸階地上，廠區(qū)地坪1 041.0m，設(shè)計引水流量0.094m3/s，進水池水位1 041.0m，出水池水位1 129.0m，地形揚程88m。安裝2臺水泵，單機流量0.1m3/s，總裝機容量2×160 kW。泵站由主廠房、副廠房、壓力管道和進出水池等建筑物組成。

主廠房長18m，寬7.5m，地面高程以上采用排架磚混結(jié)構(gòu)，地面高程以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚1.0m，邊墻厚0.8m。廠房基礎(chǔ)為碎石土，設(shè)0.2m厚碎石墊層，上鋪0.1m厚C15混凝土。副廠房平行布置于主廠房右側(cè)，為單層磚混結(jié)構(gòu)，長10.5m，寬9m。

進水池前設(shè)調(diào)節(jié)閥，進水池采用C25鋼筋混凝土矩形結(jié)構(gòu)，長5m，寬8m，設(shè)計取水位1 041.0m，池底高程1037.0m，底板厚0.8m，側(cè)墻厚0.6m，側(cè)墻高4.5m。

經(jīng)二級泵站加壓后，出水管道沿蟠洪河繼續(xù)向東北埋設(shè)，至莊里橋附近調(diào)蓄水池。水泵出水管直徑350mm，管中心高程1 037.65m。出水支管2根。出廠房后至管道起坡點為管道合并和調(diào)整管道間距段，經(jīng)并聯(lián)后的壓力主管共1根，合并后的主管管徑400mm，長14.94 km。

3.4 供水干線設(shè)計

根據(jù)方案比選確定，除李峪泵站出水管道為直徑800mm鋼管外，其余均選用球墨鑄鐵管。

3.4.1 管道水力計算及管徑確定

根據(jù)《室外給水設(shè)計規(guī)范》，本工程管道沿程水頭損失計算采用曼寧公式。選擇管道損失最大工況作為水力計算結(jié)果，各輸水區(qū)間水力計算成果見表1。

表1 供水干線區(qū)間水力計算成果表

3.4.2 管道設(shè)計

供水管線為有壓重力流和泵站加壓方式輸水，受地形條件限制，球墨鑄鐵管承受的最大靜壓水頭為140m，鋼管承受的最大靜壓水頭為165m?？紤]水錘壓力系數(shù)為1.4，確定管道最大工作壓力。

本工程所處地區(qū)為北方寒冷地區(qū)，武鄉(xiāng)縣多年平均氣溫為8.8℃，最大凍土深度約0.83m。為保證工業(yè)供水管線的安全，滿足其正常工作，將供水管線埋置于冰凍線以下，確定管頂以上最小覆土厚度為2.0m。沖刷最大深度主要在主河床，設(shè)計時應(yīng)盡量避開，在岸邊階地埋設(shè)管道，橫穿河道時在管頂采用格柵石籠防護。

根據(jù)地質(zhì)對工程線路評價結(jié)果，供水管線穿越的部分土層存在濕陷性，均為非自重濕陷性場地，擬進行3∶7灰土換填處理，換填厚度0.5m。

管道基槽開挖斷面在管底高程處，開挖寬度不小于1.0 m，穿河段開挖邊坡1∶1，其他管槽開挖邊坡1∶0.75，開挖深度超過5m時需加設(shè)一級馬道。

管槽開挖成形后，進行基礎(chǔ)處理、整平，鋪設(shè)0.2m厚砂礫石墊層，墊層盡量采用天然砂礫石回填，填料最大粒徑不大于50mm，粒徑大于2mm的顆粒含量，在20%～50%之間，小于0.075的顆粒含量不得大于15%，壓實相對密度不小于0.75。

管區(qū)回填時，回填材料應(yīng)沿管道兩側(cè)同時均勻回填，每層回填虛鋪厚度不大于300mm，不擾動管位，管道兩側(cè)的回填高度差不應(yīng)超過一層填筑厚度?；靥畈牧喜粦?yīng)含有機物質(zhì)及垃圾、廢渣，回填材料的最大粒徑為150mm。輸水管道外徑以外300mm范圍內(nèi)的回填材料最大粒徑不大于50mm，管頂500mm范圍內(nèi)不得采用大型機械碾壓。對需要復(fù)耕的區(qū)域，回填時回填材料應(yīng)為原表層土，農(nóng)田復(fù)耕段應(yīng)留有高度不小于300mm的表層余土，使之高于原地面，以作為自然沉實補償之用。

3.4.3 管線建筑物設(shè)計

根據(jù)工程運行和安全管理要求，結(jié)合地形及線路布置情況，在輸水管線上布設(shè)調(diào)節(jié)閥室5個、排氣閥井89個、排水閥井71個、檢修閥井12個、分水閥室5個、流量計井10個，穿河（溝）段29處，穿等級公路和鐵路段8處。

調(diào)節(jié)閥室為矩形，地面以下采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長10.2 m，寬9.0 m，底板厚0.8 m，側(cè)墻厚0.6m。地面以上采用磚混結(jié)構(gòu)，上下層之間設(shè)爬梯。

排氣閥井設(shè)置在管線隆起處，對于管線較為平緩且距離較長段，間隔約700m設(shè)一排氣閥，C25鋼筋混凝土圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑2.4m，壁厚0.3m。

管道發(fā)生事故時需分段檢修，為加快清淤和檢修速度，減少棄水損失，需設(shè)置檢修閥井。檢修閥井為C25鋼筋混凝土圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑4.5m，底板厚0.6m，井壁厚0.5m。

排水閥井設(shè)在每段管道的最低凹處。排水時，先關(guān)閉檢修閥，然后打開排水閥將水通過直徑200mm的排水鋼管引入排水井，再通過水泵將排水井內(nèi)的積水排出。閥井和排水井由兩個內(nèi)徑1.5m的圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相接，底板厚0.5m，壁厚0.3m，頂部設(shè)鋼筋混凝土預(yù)制蓋板。排水管中心距排水井底0.4m。

分水閥室為上下結(jié)構(gòu)，上部為檢修控制間，磚混圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑2.52m，凈高3.0m；下部為C25鋼筋混凝土圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑2.4m，底板、邊壁均厚0.3m，井深隨地面高程不同而變化。

為測定輸水管道的輸水流量，便于輸水運行管理，在管道進出口安裝流量計。流量計井內(nèi)徑2.5m，底板厚0.5m，壁厚0.3m。

結(jié)合河道沖刷計算結(jié)果，穿河（溝）段采用大開挖、河（溝）底埋管直接通過方式。管頂埋深不小于2.5m。管道鋪設(shè)完畢后，管頂覆土0.5m，其上設(shè)1m厚的塑料土工格柵籠石防護層，然后回填1m厚以上的卵石至原河床高程。塑料格柵石籠防護寬度7m，設(shè)在管道中心線上游側(cè)3m，下游側(cè)4m。

對于管線穿越的非重要交通公路，充分利用施工機具快速施工，以大開挖方式穿越公路為主，管頂埋深不小于1.5m。穿越公路橋和鐵路橋時，采用鋼板樁支護施工。本工程有大開挖穿路段23處，穿越等級公路2處。

蟠洪河河道內(nèi)埋設(shè)有榆林—濟南的輸氣管道，從武鄉(xiāng)縣西進入涅河，沿濁漳河北源鋪設(shè)，經(jīng)故縣、監(jiān)漳鎮(zhèn)進入襄垣境內(nèi)。經(jīng)初步統(tǒng)計，該段管道與本工程供水線路共交叉3次，全部采用下穿輸氣管道通過，兩管道垂直距離不小于1m。

3.5 事故備用水池

本工程按事故檢修期3 d，供水量按平時供水量的70%確定各調(diào)節(jié)池容量。根據(jù)廠礦企業(yè)分布情況，在蟠洪河沿岸設(shè)3個備用水池，容積均為1.0萬m3。

根據(jù)沿線實地勘查，水池均坐落在卵石土基礎(chǔ)上，出水池采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，依地形布置為正方形，邊長50m，池深4.2m，水深4.0m。為控制水面高度，防止下游管道事故時調(diào)蓄池漫頂，在調(diào)蓄池內(nèi)高出正常蓄水位設(shè)直徑700mm的溢流鋼管，將水排入附近溝道，同時為檢修清淤，在調(diào)蓄池底設(shè)排水閥，檢修時放空。

4 結(jié)論

武鄉(xiāng)縣作為受益縣啟動的東干線供水工程將形成水網(wǎng)供水體系，對當(dāng)?shù)厝嗣裆詈徒?jīng)濟發(fā)展具有重要的保障作用，對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和水資源的合理開發(fā)利用具有重要意義。

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］1004-7042（2016）08-0026-03

樊亞婷（1989-），女，2010年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)，助理工程師。

2016-06-14；

2016-07-19