第４９卷第５期 ２０１３年５月 甘肃水利水电技术 ＧＡＮＳＵＷＡＴＥＲ￣ＵＲＣＫＳＡＮＤＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．４９．Ｎｏ．５ Ｍａｙ，２０１３ ・设计与研究・ 盐环定扬黄续建甘肃专用工程支管线跨沟建筑物方案比选 杨 宁 （甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州７３００００） 摘要：盐环定扬黄续建甘肃专用工程位于甘肃省环县，为黄土峁粱、残垣地区，沟壑、崾岘众多。供水管线布设以埋管 为主，支管线管径为１５０－５００ ｍｍ，跨越沟道、河道较多，跨沟建筑物的方案比选是工程设计的关键，需要针对工程区 地形地貌特征，从施工、投资及运行管理等方面进行了全面分析比较，最终合理确定跨沟建筑物形式。拱形结构跨沟 建筑物工程量小，工程造价低，适用性强，在湿陷性黄土地区小管径压力管道跨沟建筑物设计中具有一定优势。 关键词：输水工程；小管径压力管道；跨沟建筑物；拱形结构 中图分类号：ＴＶ６７２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：２０９５—０１４４（２０１３）０５—００４２—０４ １ 工程概况 盐环定扬黄续建甘肃专用工程位于甘肃省环 县，是解决环县北部地区水资源匮乏，支持地区经济 社会可持续发展，保障地区生态建设的民生工程。 续建工程设计流量１．０６ ｍ３／ｓ，根据人畜、工业用水需 要，布置１条供水主系统线路和４条供水子系统线 杂，相对高差５０￣３００ ｍ。根据地貌的成因类型及形 态特征为黄土梁峁、黄土残塬、环江及支流谷地等地 貌单元，各单元内又有一系列的冲沟、陷穴、掌地、崾 岘等次级地貌单元。对输水线路布设和运行不利。需 要进行相应的水工建筑物设计，保障工程安全运行 ２支管线沟道现状及跨沟建筑物方案比选 盐环定扬黄续建甘肃专用工程４条支管管径较 小，为１５０－５００ｍｍ之间。支管线跨越沟宽在３０－６０ｍ 范围内的较大沟道有３Ｏ余次，主要有东支管跨越的 东川河，西一支管跨越的清平沟，西二支管跨越的马 路，供水线路以主系统线路为主向两边辐射．包括供 水主系统线路及子系统的东支管、西一支管、西二支 管和县城支管。供水主系统线路长６５．４５４ ｋｍ，子系 统线路总长１２７．３９７ ｋｍ，供水主、子系统线路总长度 为１９２．８５１ ｋｍ，设计管径１５Ｏ～１ ４００ ｍｍ 为满足环县县城冬季供水的要求，在县城以北 １ ６ ｋｍ处的张南湾设置注入式调蓄水库，库容７ｏ万ｍ３： 水处理厂７座，总处理能力２，３２万 ；供水主、子 系统设置加压泵站１３座，总装机容量３ ２９２ ｋＷ 管 线供水到相对集中的乡所征地９个乡镇新建调 坊川河和一些较大的干沟等。大部分沟道常年流水． 地表和地下水矿化度２．１６—９．８２ ｇ，Ｌ，硫酸根离子含 量７７６．２－－４ ２７６．８ ｍｅｔＥ，氯离子含量３６１～２ ３８７ ｍｅｔｅ． 水质差，对普通硅酸盐水泥具结晶型硫酸盐强腐蚀 性。 以东支管的耿湾四合塬支管为例，管线桩号 １７＋２４０处跨越东川河，该处沟道宽约６０ ｌ＇ｌｑ，四季有 水，沟道左岸陡立，受河水冲刷影响垮塌严重，右岸 为淤积区，岸坡较为平缓（图１）。 —— 一 蓄池容积４．８万Ｉｎ。，供周边群众拉水。 工程区地处鄂尔多斯盆地西南部的陇东黄土高 原西缘，海拔１ ２２０￣１ ８００ ｍ，区内沟壑纵横，地形复 厂———一＼／ 、 Ｊ， ＾Ｊ管道轴线 一 ＼ …… 腺地回线 ／ 粉，，，，＼Ｉ＼原地面线 砂砾石＼√——一、 ／／， ■ ＝＝ ’’ 粉 土，，， … ，，，， 土 砂砾石 砂砾石 ． ・砂砾石 砂砾石 砂质 砂岩 ；；；砂质 砂岩 ；；； 砂质抄 婪砂岩 ；； 图１沟道横断面 收稿日期：２０１３—０５—０８ 作者简介：杨４２・ 宁（１９８２一），男，河北易县人，工程师，硕士，主要从事水利水电工程水工结构设计。 ・第５期 杨宁：盐环定扬黄续建甘肃专用工程支管线跨沟建筑物方案比选 第４９卷 对于水利工程中大跨度结构设计，分为地下穿 口均采用压力钢管形式，倒虹吸斜管段边坡采用ｌ：２。 越和地上跨越两种方式。地下穿越一般采用倒虹吸 的结构形式。地上横跨一般采用的结构形式有拱形 水平管段布置于河床基岩中。倒虹吸总长６９ ｍ，采 用ＤＮ５００，壁厚８ ｍｍ钢管。为防止洪水冲刷，河床 中倒虹吸管需采用抗硫酸砼进行包裹与河床底基岩 浇筑一体。整体管线均布置于冻土层以下，温差变 化较小，管线不设置伸缩节（图２）。该方案优点是： 施工简单，工期较短，工程量小；缺点是：工程后期运 行管理较为不便，管道无法放空，易造成管道淤堵。 需要注意的是在湿陷性黄土地区。管道放空时要避 结构、悬索结构、纵梁式桥跨结构等。该处沟道的跨 沟形式拟采用４种方式进行比选：①倒虹吸管、②拱 管、③悬索吊管、④渡管。 倒虹吸是水利工程最为常见的一种跨沟建筑物 形式，具有工程量小、施工方便、造价低等特点，有沟 埋式和架空式等。本沟道洪水峰高量小。历时短暂， ２０年一遇洪峰流量１ ９４０ ｍ３］ｓ．若采用架空式倒虹 免对建筑物的影响，保证排水远离建筑物。排水沟道 吸管跨越方式。对沟道行洪安全有影响，因此，选择 下游无影响居民的生产生活设施，保障工程运行安 沟埋式倒虹吸管进行穿越。倒虹吸进口、管身和出 全 图２倒虹吸管布置 拱形结构一般都利用钢管自身刚度，煨成一个 ５８ ｍ，圆心角５６．１４５。。采用ＤＮ５００，壁厚１２ ｍｍ钢 圆弧形无铰拱的大跨度结构形式．在市政桥梁和石 管，拱身两端设置Ｃ２０砼拱管支座防止拱管推力使 油化工行业中，该种结构形式采用较多，水利行业在 自身变形（图３）。该方案优点是：工程量小，工程后 大跨度输水工程中采用较少。针对本沟道，若采用 期检修维护较为便利；缺点是：施工质量要求较高， 拱形管道跨越方式。进口、拱身和出口段均采用压力 对拱管支座的地基要求较高。 钢管，拱身段水平长度５５ ｍ，矢跨比１／８，管道半径 悬索结构主要由悬索、管架、吊架、斜拉杆等组 ５ 水流向 图３拱管布置 ２０１３年第５期 甘肃水利水电技术 第４９卷 成，一般在跨越沟道、公路时较常采用。针对本沟道， 于地形较为平坦的沟道，常见的以渡槽、渡管等为 若采．｝＿｛ｊ悬索结构跨越方式．管道采用ＤＮ５００，壁厚 主。针对本沟道，若采用渡管跨越方式。管道采用 ８ ｍｍ压力钢管，两端吊架间距５５ ｍ，悬索采用镀锌 ＤＮ５００，壁厚８ ｍｍ压力钢管，排架采用Ｃ２５钢筋砼 钢绞线，垂度５．５ ｍ。管架采用Ｃ２５钢筋砼结构，高 结构，间距１０ ｍ，双柱式结构．顶部设承台．中部布 ｌ３．５ ｍ，底部为基础承台。承台下部采用端承桩置于 置柱问拉梁，下部基础坐落在砂砾石及基岩上。排 砂砾石层中。吊架采用角钢刚性吊架．斜拉杆采用 架之间有Ｃ２５钢筋砼双排纵梁连接，跨度１０ ｍ，粱 钢筋（见图４）。该方案优点是：工程运行管理方便， 间设置混凝土拉梁，作为架设管道的托梁（见图５）。 相对倒虹方式输水水损小，有利于降低能耗；缺点 该方案优点是：结构形式简单，施工便捷，工程后期 是：施工工艺较复杂，施工质量要求高。后期运行维 运行管理方便。缺点是：工程量大，工程造价高，排 护成本较高。 架置于河道内对河道行洪不利。 纵梁式结构由排架、纵梁、横拉梁等组成，适用 以上４种沟道跨越方案主要工程量投资比较见 图５渡管布置图 表１。 （１）要考虑建筑物形式的对管道水损的影响。 从表中１可以看出，４种方案中，倒虹吸管投资 本工程为自重流和机械扬水流结合的输水方式，合 最小，拱管方案次之，渡管方案最高，但是倒虹吸管 理的选择建筑物形式有利于减小管线水头损失，降 方案由于无法放空．对后期工程维护检修不利，因 低工程能耗。在跨沟建筑物的布置上尽量选择直线 此．选用拱管方案。 形穿越，减少拐点数量。 ３结语 （２）要考虑建筑物形式与地域环境的协调性。 盐环定扬黄续建甘肃专用工程由于其特殊的地 本工程位于黄土峁梁、残垣地区，沟壑、崾岘众多，沟 理环境和工程自身特点，在管线跨沟建筑物方案选 道陡立．建筑物结构布置要充分考虑地形地貌的因 择上存在一定难度．需要注意以下几个方面： 素，合理选择建筑物布置形式降低工程投资，避免浪 第５期 杨 宁：盐环定扬黄续建甘肃专用工程支管线跨沟建筑物方案比选 第４９卷 费。窄深式的沟道尽量选择拱形和悬索结构跨越， 综上所述．盐环定扬黄续建甘肃专用工程支管 宽浅式的沟道可选择倒虹和纵梁式结构跨越。 线跨沟建筑物方案设计在满足工程安全运行的前 （３）要考虑建筑物结构布置的合理性。本工程 提下进行了充分的比选论证。将惯用于市政和化 输水水源为黄河水。泥沙含量高，停水期管道需放空 工行业的拱形结构运用到水利行业中，为小管径 防止管道淤积。建筑物布置要充分考虑是否具备放 压力管道的输水工程跨沟建筑物设计提供了新的 空条件，合理选择结构布置形式，同时建筑物结构布 思路。 置要考虑沟道洪水影响，保障工程运行可靠。 参考文献： （４）要考虑完建后工程管理的实用性。输水工 ［１］曲昭家，王瑾，曲圣伟．简明管道支架计算及构造手册 程为条带状分布，管理范围广，难度大，建筑物形式 ［Ｋ］．北京：机械工业出版社，２００２． 选择要便于运行期的检修和管理。 ［２］ＧＪＢＴ－９２６．自承式圆弧形架空钢管［ｓ］． （上接第２７页）文献Ｅ２］查得的危险度值列于表５。 关联法对该沟危险度进行定量分析。结果表明沈足 表５加入沈足沟后的关联度 沟是一条中等易发、中度危险的泥石流沟，符合实地 沟名 １’ ２ ３ ４ ５ 沈足沟 勘察结果，即该沟在极端气象条件下，仍有可能间歇 关联度 １．Ｏ０ ０．８２ ０．７７ ０．７５ ０．６８ ０．６１ ０．７３ 性地发生中等至大规模暴雨泥石流。希望有关部门 危险度 １．００ ０．８６ Ｏ．７５ Ｏ．５５ Ｏ．４７ ０．３３ ０．４７—０．５５ 做好该沟的监测预警，完善群防群测体系，采取必要 的工程治理措施。 由表５可见．沈足沟与１ 沟的关联度介于４ 沟 参考文献： 和５ 沟之间，结合 沟和５ 沟的危险度值，可以推 ［１］ＤＺＴ ０２２０—２００６，泥石流灾害防治工程勘查规范［ｓ］． 测沈足沟泥石流危险度介于这２条沟之间。属于中 ［２］刘希林，唐川．泥石流危险性评价［Ｍ］．北京：科学技术 度危险。 出版社，１９９５：１－９３． ５结语 ［３］刘希林，莫多闻．泥石流风险评价［Ｍ］．成都：四川科学技 泥石流是一种危害性较大的地质灾害。其暴发 术出版社，２００３． 具有不确定性，历时较短。破坏力较大。深入掌握泥 ［４］刘希林．我国泥石流危险度评价研究：回顾与展望［Ｊ］．自 石流的基本特征，准确的分析泥石流的危害程度，才 然灾害学报，２００２，ｌ１（４）：１－８． 能为泥石流的进一步防治提供依据．对保证危险区 ［５］沈远，邓荣贵，张丹．大渡河长河坝水电站区域泥石 内人民生命财产安全具有重要的意义。文中根据 流特征及危险性评价［Ｊ］．防灾减灾工程学报，２０１２，３２ （３）：３６０—３６４． 《泥石流灾害防治工程勘查规范》，对该沟易发程度 ［６］谷云勇．四川省丹巴县地质灾害防治规划报告［Ｒ］．成都： 进行评判；应用单沟泥石流危险度计算方法和灰色 四川省地质环境监测总站，２００４．
