張翠鳳

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

山西省萬(wàn)家寨引黃工程是位于山西省西北部的大型引水工程，由萬(wàn)家寨水庫(kù)、總干、北干、南干和聯(lián)接段組成，向太原、大同和平朔等3個(gè)城市輸水。聯(lián)接段上起南干7號(hào)洞出口，下接太原市呼延水廠，線路全長(zhǎng)139.35 km。汾河水庫(kù)以上81.2 km采用天然河道輸水，輸水流量25.8 m3/s，汾河水庫(kù)以下58.15 km為壓力管道輸水和隧洞輸水，設(shè)計(jì)流量20.5 m3/s，每年向太原市供水6.4億m3。

壓力管道輸水工程從汾河水庫(kù)取水隧洞起，至7號(hào)隧洞進(jìn)口，全長(zhǎng)43 km，采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，沿線布置3座減壓閥室、9座檢修閥室、8個(gè)流量計(jì)井、67個(gè)排氣閥井、37個(gè)檢查井和40個(gè)排水閥井；管道沿線布置11個(gè)穿河段，穿過(guò)6條隧洞；線路末端與7號(hào)隧洞進(jìn)口采用374 m的明流箱涵銜接。整個(gè)線路除末端箱涵外均為重力流壓力管道輸水，以3座減壓閥室為界，分為3個(gè)壓力區(qū)間。

2 管道設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 管線選擇

管線選擇需從輸水方式、地形、地質(zhì)及交通運(yùn)輸?shù)榷喾矫娣治?，?jīng)多方案選擇線路走向。管線選擇原則上是沿著地形布置，使線路最短，減少大的開(kāi)挖和回填，盡量避開(kāi)建筑物，避免地形大起伏，減少交叉，少轉(zhuǎn)彎，少占耕地良田，方便施工和維護(hù)管理，從而降低工程建設(shè)成本、運(yùn)行成本。但各項(xiàng)工程在興建選線時(shí)都在選擇有利地形，不可能完全避開(kāi)。有的線路地形會(huì)出現(xiàn)溝槽段，穿越河灘河床，遇見(jiàn)障礙物；有的地質(zhì)條件不好，出現(xiàn)濕陷性黃土地基、砂礫石底層及不均勻地基。因此，應(yīng)針對(duì)特殊情況進(jìn)行特殊處理，使選線更加經(jīng)濟(jì)合理。

萬(wàn)家寨引黃聯(lián)接段工程管線設(shè)計(jì)采用4個(gè)方案從工程量、投資及管理方面加以比選從而確定最優(yōu)方案。經(jīng)比選，管線最終選擇沿線穿越主河道11處，交公路4次，交古交輸水管線8次。為選擇有利地形，在起伏不大地段采用半開(kāi)挖半回填；在與古交輸水管線相交時(shí)采取深挖，從供水管線下穿過(guò)；在杜交曲至鎮(zhèn)誠(chéng)底大部分線路選擇靠近梭婁公路，以利用公路，便于施工與運(yùn)輸，在與公路4處相交地段，選擇開(kāi)挖公路，然后對(duì)公路進(jìn)行復(fù)建。管線穿越主河槽段，要對(duì)地基加以處理，對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)。為了控制流量，減低水壓，減少水頭損失，沿線修建了相應(yīng)建筑物。整個(gè)管線設(shè)計(jì)合理，沒(méi)有多余的開(kāi)挖及回填，很好地兼顧了工程量和投資，縮短了工期，節(jié)省了投資。

2.2 管材選擇

輸水工程中，管道占投資比率較大，管材選擇不當(dāng)會(huì)造成事故或增加資金投資。管材比選主要從技術(shù)經(jīng)濟(jì)、方便施工、安全運(yùn)行等方面綜合分析。

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PCP）來(lái)源豐富，方便安裝，抗震強(qiáng)對(duì)地基要求低；但自重大，抗內(nèi)壓外壓弱。內(nèi)徑2000 mm以上的造價(jià)很高。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）具有強(qiáng)度高，抗?jié)B性強(qiáng)，抗內(nèi)壓外壓強(qiáng)，較好的防腐性等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)較高，直徑1200 mm的造價(jià)相對(duì)較低。

鋼管具有制作簡(jiǎn)單，運(yùn)輸安裝方便，強(qiáng)度高，韌性好等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)高，易生銹腐蝕。在閥件連接及泵站進(jìn)出水池等處均可制成各種折線型的鋼管。

玻璃鋼管（FRPM）材質(zhì)輕，抗外壓弱，小管徑造價(jià)低，回填要求高，但有較強(qiáng)的抗腐蝕性，在一些腐蝕強(qiáng)的地段低工壓小管徑情況下是必選管材。

萬(wàn)家寨引黃聯(lián)接段輸水工程輸水管線，因工程規(guī)模大、管線長(zhǎng)，投資大，抗壓能力強(qiáng)，最終選用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP），特殊地段采用鋼管。

2.3 管徑設(shè)計(jì)

萬(wàn)家寨引黃聯(lián)接段輸水工程從汾河水庫(kù)取水至呼延水廠，輸水管道采用PCCP管，設(shè)計(jì)流量20.5 m3/s，糙率0.0125，依據(jù)水力學(xué)計(jì)算和沿線地形條件，結(jié)合工程實(shí)際選出直徑2600 mm、直徑2800 mm和直徑3000 mm的管徑進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)，有的地段直徑2600 mm的PCCP管不滿足過(guò)流能力，而所有地段直徑2800 mm和直徑3000 mm的PCCP管均滿足過(guò)流能力，但直徑2800 mm的PCCP管沿程水頭損失大，故最終選擇直徑3000 mm的PCCP管。

2.4 管道埋設(shè)

管道埋設(shè)分為普通埋設(shè)和特殊埋設(shè)。普通埋設(shè)按一般回填工藝回填，并嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行。特殊埋設(shè)時(shí)，應(yīng)特別注意管道彎管段埋設(shè)要設(shè)計(jì)一定體量的支墩或者鎮(zhèn)墩來(lái)平衡管道的軸線拉力及摩擦力；穿河段埋設(shè)時(shí)應(yīng)注意管道被洪水沖刷和浮起。不同管材沖刷深度不同，需根據(jù)實(shí)際情況詳細(xì)計(jì)算采取合理措施。

根據(jù)實(shí)際情況，引黃聯(lián)接段11處穿越汾河主河道，總長(zhǎng)2.263 km，穿河段工程措施由三部分組成：進(jìn)、出口斜坡段及水平段。進(jìn)出口處布置有重力墩，重力墩上有排氣閥井，斜坡底部布置支墩，不同地段穿河段長(zhǎng)度不同。通過(guò)計(jì)算沖刷深度及抗浮能力，在管道底部鋪設(shè)100 mm厚的砂子墊層和500 mm厚的干砌石，管頂1.0 m處鋪設(shè)1.2 m厚的鉛絲格柵石籠，其上鋪設(shè)4~8 m厚的回填料，并延河槽向上游、下游鋪設(shè)一定寬度。

3 結(jié)語(yǔ)

萬(wàn)家寨引黃聯(lián)接段輸水工程從2003年10月26日正式投入運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行9年來(lái)，實(shí)現(xiàn)了全年12個(gè)月不間斷向太原市供水的設(shè)計(jì)目標(biāo)，且未發(fā)生任何質(zhì)量事故，工程質(zhì)量經(jīng)受住了考驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一次通水成功、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。