沈煒

（中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200120）

1 引言

供水工程是重要的民生工程，影響城市生產(chǎn)生活的有序開(kāi)展。管道實(shí)施路線的確定，節(jié)點(diǎn)優(yōu)化均需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行仔細(xì)的踏勘，經(jīng)過(guò)方案的優(yōu)化比選后再合理確定。管道穿跨越河道方式是設(shè)計(jì)的重要節(jié)點(diǎn)之一。本文結(jié)合工程實(shí)例，論述大型供水管道穿越河道方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

本工程位于東部某大型城市，根據(jù)城市供水規(guī)劃，供水主干管由水廠接出，沿市政主干道敷設(shè)2根 DN2000mm 管道，供應(yīng)3處區(qū)域居民和公共用水，本次工程按近期要求設(shè)計(jì)1根DN2000mm 管道，管道的工作壓力為 0.5MPa 敷設(shè)于道路遠(yuǎn)期綠化帶退讓區(qū)域內(nèi)。管道沿線穿越河流、堤壩、鐵路等障礙物時(shí)，需要綜合考慮河道及鐵路協(xié)調(diào)難度、地塊開(kāi)發(fā)、施工周期以及支墩、樁支撐尺寸大小等因素，比選確定按近期還是遠(yuǎn)期建設(shè)。本工程按遠(yuǎn)期規(guī)劃敷設(shè)2根 DN2000mm 管道設(shè)計(jì)。其中本工程 K01+760 處的河道呈南北走向與設(shè)計(jì)管道垂直相交，河道規(guī)劃上口寬度為 62m，河道底標(biāo)高為 3.8m（吳淞高程，下同），河道常水位 5.80m，洪水位 12.48m。河道東側(cè)緊鄰河堤，規(guī)劃河堤頂高 13.68m。本文以管道穿越江寧河為例，結(jié)合設(shè)計(jì)過(guò)程中的要點(diǎn)，綜合考慮地質(zhì)、施工、用地、日常維護(hù)、工期等方面，就大型供水管道穿越河道方式及其特點(diǎn)進(jìn)行論述分析。

2 架空過(guò)河特點(diǎn)

管道架空過(guò)河，利用橋梁牛腿、樁基、支墩等作為支撐部位，根據(jù)地質(zhì)、管道跨度等條件按設(shè)計(jì)間距布置，管道敷設(shè)其上跨越河道，是管道穿越河道的常見(jiàn)的形式。

管道采用 2020mm×30mm 螺旋縫鋼管，管道荷載標(biāo)準(zhǔn)值（自重+水重+雪重=41.97kN/m），加上中間樁頂支座承臺(tái)的重量 224.25kN、中間樁頂柱的重量 141.37kN，20×41.97+224.25+141.37=1205.02kN，根據(jù)地勘將樁置于②-3 粉質(zhì)黏土層，設(shè)計(jì)采用 φ1000mm 鉆孔灌注樁。管道跨距按《管道支架設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算，L=34m，考慮焊縫折減，實(shí)際跨度取 28m，因?yàn)樾枰B續(xù)跨越河道跟河堤，架空段總長(zhǎng)約 120m，按《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]，考慮溫度造成的熱脹冷縮影響，架空段一般不超過(guò) 100m，超過(guò)時(shí)需設(shè)置伸縮器，而管道設(shè)置伸縮器后，破壞整體焊接管道由剛性受力變?yōu)榭苫瑒?dòng)受力，以管道工作壓力 0.5MPa 計(jì)，管道設(shè)計(jì)內(nèi)應(yīng)力為 1.0MPa，內(nèi)水壓力產(chǎn)生水平向推力，此時(shí)需要依靠固定支座或管道兩端設(shè)置鎮(zhèn)墩抵抗，2種方式均有不足：架空管中心標(biāo)高 19.2m，灌注樁出土高度約 15m，設(shè)置固定支座時(shí)需要增加樁長(zhǎng)提升樁的抗彎能力；DN2000mm 管道鎮(zhèn)墩尺寸較大也是設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題。

3 頂管過(guò)河特點(diǎn)

頂管施工是借助頂進(jìn)裝置將管道依次頂進(jìn)的非開(kāi)挖施工技術(shù)，主要適用于管徑大于 800mm 的管道，頂進(jìn)管材可采用鋼管、玻璃鋼加砂管、鋼筋混凝土管。頂管施工與開(kāi)挖施工相比僅工作井和接收井需要開(kāi)挖施工，減少土方開(kāi)挖運(yùn)輸、回填、降水、支護(hù)等工程量；穿越公路時(shí)可保障交通正常通行，還可減少噪聲、振動(dòng)、灰塵對(duì)附近居民生活產(chǎn)生干擾；施工對(duì)建筑物影響小，穿越綠化和公園地塊可保護(hù)地上樹(shù)木景觀，避免移植回栽費(fèi)用。誠(chéng)然頂管施工有如上優(yōu)點(diǎn)，在進(jìn)行方案選擇時(shí)仍應(yīng)慎重，因?yàn)槭窃诘叵路情_(kāi)挖施工，應(yīng)把地質(zhì)勘探作為頂管施工核心，只有探明地質(zhì)構(gòu)造、地貌、土壤、地下水等的性質(zhì)，有無(wú)暗河、流沙、地震液化等情況，才能確定是否適合采用頂管施工；防止頂進(jìn)中斷，避免開(kāi)挖取機(jī)頭，增加施工難度，提高工程投資；確定頂管機(jī)頭類(lèi)型、工作井和接收井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管道受力分析、頂進(jìn)長(zhǎng)度等。除了地質(zhì)資料，還需探明地下管線的情況，校核管道間距、高程數(shù)據(jù)，不滿(mǎn)足規(guī)范要求的通知管線單位進(jìn)行遷改或者調(diào)整頂管高程或平面位置。

本工程管道需要穿越河道與河堤，頂管工作井、接收井東西分設(shè)，雙 DN2000mm 管道共用工作井，頂進(jìn)長(zhǎng)度約 120m，雙管軸線間距 5.5m，管頂距規(guī)劃河底 3m，工作井尺寸 11m×10.5m，接收井尺寸 7m×10.5m，井深約 12m，降低開(kāi)挖支護(hù)、降水難度，設(shè)計(jì)采用沉井施工。支墩與沉井相結(jié)合設(shè)計(jì)，井內(nèi)管道預(yù)留人孔方便檢修。

頂管設(shè)計(jì)應(yīng)符合 CECS 246—2019《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》的要求，建議設(shè)計(jì)過(guò)程需注意以下問(wèn)題：管道穿墻根據(jù)不同土質(zhì)降低地下水、縮短穿墻時(shí)間、加固土體；鋼管焊縫需補(bǔ)充防腐，輸水管道采用食品級(jí)防腐材料，焊縫質(zhì)量應(yīng)射線檢測(cè)；實(shí)驗(yàn)確定觸變泥漿比例、控制頂進(jìn)誤差、速度。

4 拱管過(guò)河特點(diǎn)

拱管是利用鋼管自身剛度、強(qiáng)度作為支撐，焊接成的弧形上拱結(jié)構(gòu)，管道既是供水管道又是支撐穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，用料節(jié)約，尤其適合大跨度、大管徑、有通航需求的工程，管道檢修方便。拱管需要根據(jù)地質(zhì)、管材等級(jí)、通航凈高、河道寬度合理設(shè)計(jì)矢跨比，一般為降低兩側(cè)支墩水平推力，建議采用矢跨比 1/8～1/10，管道自重加風(fēng)載、雪載較大時(shí)矢跨比可降低，具體需根據(jù)管徑、壁厚、溫差、地質(zhì)確定，雖然拱管外形優(yōu)美猶如彩虹但也須跟周邊景觀相協(xié)調(diào)。支墩后背被動(dòng)土壓力與支墩底部摩擦力合力應(yīng)大于管道截面推力之和。拱頂處安裝排氣閥，排除管道內(nèi)水流溢出的氣體，防止壓縮管道過(guò)水?dāng)嗝妫Ｗo(hù)管道安全，排氣閥管徑選擇原管徑的 1/8～1/10。

拱管應(yīng)按設(shè)計(jì)要求制作外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：鋼管焊縫100%進(jìn)行 X 射線探傷，拱頂 10m 范圍內(nèi)無(wú)焊口；管道現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接成型起吊，吊裝支點(diǎn)穩(wěn)定，用電可靠吊運(yùn)過(guò)程不能中斷，吊裝應(yīng)使管道不變形，拱管的拱頂與拱趾保持共面，垂直誤差不超過(guò) 10mm，防止扭曲，管道吊裝前后均應(yīng)進(jìn)行試壓，吊裝需避開(kāi)雨雪天，在風(fēng)浪和溫差小的時(shí)間進(jìn)行。

5 其他過(guò)河方式特點(diǎn)

管道過(guò)河除上述 3種方式，還有圍堰開(kāi)挖埋管、沉管方式。圍堰開(kāi)挖過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)可控，遇復(fù)雜地質(zhì)應(yīng)對(duì)方法靈活，不影響河道行洪，施工難度低，過(guò)小溝塘及不通航河道經(jīng)常采用。但開(kāi)挖施工降水對(duì)建筑物有影響，管道埋于河底管道頂部覆土小于頂管，大型管道抗浮設(shè)計(jì)不可忽視，不滿(mǎn)足可采用鋼筋混凝土包封、拋石等措施增加配重，如通航河道還應(yīng)評(píng)估船只拋錨對(duì)管道運(yùn)行安全的影響。施工過(guò)程中要采取引流措施保障河道水流暢通。

沉管是將預(yù)制好的管道采用船舶運(yùn)輸至設(shè)計(jì)位置，采用浮吊升高再給管道加載下沉到預(yù)先挖好的河底溝槽內(nèi)，最后頂部覆蓋石塊等荷載。沉管已普及運(yùn)用在管道跨江河、跨海工程。沉管施工期間需要封航，管槽開(kāi)挖對(duì)水環(huán)境有影響，管道維修困難，埋深小清淤量不大，有船只拋錨安全風(fēng)險(xiǎn)，施工工期短，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)較低，一般選擇風(fēng)平浪靜施工。

6 結(jié)語(yǔ)

架空方案鎮(zhèn)墩尺寸偏大且高出地面，拱管與周邊景觀不協(xié)調(diào)，沉管施工不便，最終采用頂管方案。大口徑供水管道對(duì)城市而言至關(guān)重要，作為其施工重要節(jié)點(diǎn)，管道穿越河道方式選擇應(yīng)慎重，需要綜合考慮近遠(yuǎn)期規(guī)劃、用地規(guī)劃、地質(zhì)資料、河道是否通航、封航時(shí)間、河堤安全、城市防洪、工期長(zhǎng)短、施工難易、管道維修難度等，架空管還應(yīng)與周邊景觀協(xié)調(diào)一致，具體到單個(gè)工程應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后選擇合理的過(guò)河方式。