王 強(qiáng)，韓其華，馮慶剛，陳立強(qiáng)，趙 巖

(1.山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南250013;2.日照市沭水東調(diào)供水有限公司，山東 日照276800;3.日照市水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 日照276800)

1 研究背景

由于我國水資源時(shí)空分布不均衡，實(shí)施跨流域、跨地區(qū)調(diào)水，已成為近年來越來越多的一項(xiàng)課題。目前調(diào)水工程最常用的三種方案分別是渠道、暗涵與管道輸水。其中管道輸水因?yàn)槠渎p率低、占地少、水質(zhì)能得到較好保障等優(yōu)點(diǎn)受到極大的青睞，越來越多的中、小流量調(diào)水方式都采用管道輸水。

為保證管道正常運(yùn)行，滿足管道的檢修、分水、排氣、排水(泥)等用途，預(yù)防管道運(yùn)行中產(chǎn)生的水錘影響，輸水管道沿線需要布置不同的閥井，其類型大致有閥門井、排氣井、分水井、排水井等。2018年自然資源部下發(fā)的《關(guān)于做好占用永久基本農(nóng)田重大建設(shè)項(xiàng)目用地預(yù)審的通知》，要求將永久基本農(nóng)田保護(hù)措施落到實(shí)處。因而，管道工程中之前所采用的地上式閥井已經(jīng)不能適應(yīng)新的土地政策，閥門井的占地問題也成為管道輸水工程中的瓶頸，亟需一種滿足地下閥門井的施工方法來應(yīng)對(duì)新土地政策下的管道輸水工程。

2 常規(guī)地上閥門井及存在問題

在管道輸水工程中，閥門井有檢修、分水、排氣等作用，由于閥門井里面布設(shè)的設(shè)備較多，因此閥門井比其他類型的井井體大的多。本文以管道工程中的閥門井為例來探討幾種地下閥井的做法，其他排氣井、排水井等地下式施工做法可參照地下閥門井設(shè)計(jì)思路。

一般在輸水管道起止段、倒虹兩側(cè)、每隔3～5km左右處設(shè)閥門井。閥門井為混凝土結(jié)構(gòu)，閥門井內(nèi)主管道上設(shè)蝶閥、傳力接頭;支管上設(shè)閘閥、排氣閥等;井體蓋板上設(shè)700進(jìn)人孔，方便進(jìn)入井體維修;另設(shè)通氣管，解決管道內(nèi)的進(jìn)排氣問題。常規(guī)閥門井結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 地上閥門井結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)規(guī)范，日照市某管道項(xiàng)目管道直徑DN1400，管道最小管頂覆土為1.2m，某一段管道縱斷面設(shè)計(jì)如圖2所示。

可以看出，常規(guī)閥門井的布置不影響管道縱斷面的走向，管道只需要根據(jù)最小覆土要求和實(shí)際地面高程布設(shè)管道中心線即可。在平面布置圖合適位置設(shè)置閥門井，且保證閥門井處左右的管中心高程小于等于閥門井管中心高程，這樣閥門井中的排氣閥才能起到排氣作用，管道方能正常運(yùn)行。

圖2 管道縱斷面圖—地上閥門井

圖2中，閥井位置處的管中心高程為114.80m，閥門井處地面高程為116.975m，此段管道平均覆土高度1.3m。此種情況下，管道閥門井位于地面以上，方便檢修，管道整體埋深也較淺，管線縱斷布置合理。

但根據(jù)國家新的土地政策，閥門井不能占用基本農(nóng)田，而此段管線布置恰好穿越基本農(nóng)田，所以如何設(shè)計(jì)一種新型閥門井成為管道設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵與重點(diǎn)。

3 幾種新型閥門井

目前，地上式閥井已經(jīng)不能適應(yīng)新的土地政策，管道設(shè)計(jì)在土地資源開發(fā)、利用、治理、保護(hù)和管理方面需遵守新的規(guī)程規(guī)范，因此對(duì)耕地占用問題提出了新的要求，尤其是在管道施工中閥井的設(shè)置問題上，施工時(shí)需要將井的上部埋于地下1m以上，以保證耕地的正常耕作和利用。為了解決上述問題，本文介紹三種新型的閥門井，以供探討。

3.1 A類地下閥門井

考慮到地上閥門井占用基本農(nóng)田的問題，設(shè)計(jì)上需要采用新的閥門井，其簡易做法是井整體往下沉，比現(xiàn)狀地面低1m及以上，不影響農(nóng)田范圍內(nèi)的植被且滿足最小管道埋深要求。這種地下閥門井的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)A類閥門井的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)及閥門井管中心高程與現(xiàn)狀地面高程的要求，調(diào)整此段管道的縱斷如圖4所示。

調(diào)整后的管道縱斷面，閥門井處地面高程依舊為116.975m，閥井位置處的管中心高程為113.40m，此段管道平均覆土高度2.7m。

圖4 管道縱斷面圖—A類地下閥門井

可以看到，此種型式地下閥門井施工簡單(同地上閥門井)，同時(shí)也解決了閥門井基本不占地的要求(排氣管占地除外)，但管道縱斷面與常規(guī)的管道鋪設(shè)縱斷面相比，沿線管線中心線高程會(huì)下降1.4m左右，且閥井上蓋板整個(gè)都埋設(shè)于地面高程以下至少1m處，給管道后期運(yùn)行中的維修造成很大的不便。這種閥門井從投資、施工便利、施工進(jìn)度、后期運(yùn)行管理也存在一些弊端。

3.2 B類地下閥門井

在實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)人員主要從保質(zhì)量、減投資、加快施工進(jìn)度等方面對(duì)閥門井布置進(jìn)行優(yōu)化。

從A類地下閥門井可以看到，閥門井中的井體高度是造成管道埋深加大的主要原因之一，而閥門井內(nèi)支管中的排氣閥和蝶閥高度是造成井體高度增大的主要原因。B類新型地下閥門井的主要設(shè)計(jì)思路是通過降低閥門井體高度來降低管道沿線的管道埋深，其結(jié)構(gòu)型式如圖5所示。

圖5 管道縱斷面圖—B類地下閥門井

B類閥門井把閥門井管道上具有進(jìn)排氣功能的向上凸起的排氣閥等從井體中去除，在每座地下閥門井上游方向10m設(shè)置一閥艙，閥艙里面再設(shè)置具有進(jìn)排氣功能的排氣閥、蝶閥等設(shè)備，且閥艙處的高程可以比閥門井的高程高，這樣既可以起到更好的進(jìn)排氣功效，又能進(jìn)一步減少管道的開挖。

按照B類閥門井的要求調(diào)整管道縱斷面后，閥門井處地面高程116.975m，閥井位置處的管中心高程114.40m，此段管道平均覆土高度1.38m?？梢钥吹?，B類閥門井的管道平均埋設(shè)較淺，相比于地上閥門井來說，不會(huì)增加太多的開挖方。這種閥門井除具有A類地下閥門井的缺點(diǎn)以外，閥艙直接埋設(shè)于地下，無井體防護(hù)，安全性能比較低，且施工比常規(guī)閥門井施工麻煩。B類閥門井已在濰坊市某大型調(diào)水工程中得以成功應(yīng)用。

3.3 C類地下閥門井

為解決B類地下閥門井結(jié)構(gòu)整體性比較差的問題，設(shè)計(jì)出了C類地下閥門井，如圖6所示。

圖6 C類地下閥門井結(jié)構(gòu)圖

C類閥門井結(jié)構(gòu)上包括埋于地下的主體井和蓋在主體井上的混凝土蓋板，混凝土蓋板上設(shè)置有向上隆起的用于容納管道閥類的閥艙(排氣閥高于混凝土蓋板的部分容納在防護(hù)罩中)，閥艙與主體井連通，閥艙為防護(hù)罩結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置閥艙，縮減管道埋深與地面的空間，進(jìn)而來減少整體的下挖深度，閥艙固定在蓋板上使這一部分空間成型且防止土的進(jìn)入，減少人力物力的耗用，節(jié)約成本。閥艙為可拆卸分體式結(jié)構(gòu)，便于在混凝土蓋板蓋上后對(duì)閥門的檢修操作。進(jìn)人孔井體側(cè)壁上開設(shè)有通氣孔(取代原有排氣管)，通氣孔位于地面與井蓋之間，減少了對(duì)地上空間的占用。如圖7所示。

圖7 管道縱斷面圖—C類地下閥門井

按照C類閥門井的要求調(diào)整管道縱斷面后，閥門井處地面高程116.975m，閥井位置處的管中心高程114.40m，此段管道平均覆土高度1.38m?？梢钥吹?，C類閥門井的管道平均埋設(shè)較淺，與地上閥門井相比，不會(huì)增加太多的開挖方。與B類閥門井相比，這種閥門井施工簡單，質(zhì)量能夠得到保證。

此種井可以滿足地上閥門井的所有功能，并且不會(huì)產(chǎn)生大面積占地的現(xiàn)象，閥井整體性強(qiáng)。C類閥門井已在日照市某調(diào)水工程中成功應(yīng)用過，此類新型閥門井已經(jīng)正式獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的授權(quán)，獲得國家實(shí)用新型專利。

4 四種閥門井的對(duì)比

以日照某段管道為例，對(duì)4種不同的閥門井的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，見表1。

5 結(jié)語

根據(jù)已經(jīng)完成或投入運(yùn)行的管道工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和后評(píng)估情況進(jìn)行初步總結(jié)，得出如下結(jié)論:

表1 四類閥門井的管道工程各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比表

(1)由于閥門井具有進(jìn)排氣功能的制約，地下閥門井要做到完全不占用土地是不可能的，且地下閥門井日常的檢修、人工操作等與地上閥門井相比，確有其不便利性。這就要求在進(jìn)行管道線路布置的時(shí)候，要做到管線盡量優(yōu)化，少占用農(nóng)田。

(2)閥井設(shè)計(jì)過程中應(yīng)合理選用閥件的結(jié)構(gòu)形式(比如立式蝶閥改臥式蝶閥等)，來優(yōu)化閥門井體結(jié)構(gòu)，從而使管道的埋設(shè)深度更為合理，促進(jìn)工程的更好推進(jìn)。

(3)C類地下閥門井施工、維護(hù)相對(duì)方便，降低了造價(jià)，運(yùn)行安全可靠，并通過實(shí)際工程運(yùn)行得到了驗(yàn)證。該項(xiàng)設(shè)計(jì)方案成熟可靠，值得進(jìn)一步推廣。