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摘要：本文介紹了豐城市城市供水管道工程的設(shè)計(jì)方案，闡述了豐城市以黃金水庫為應(yīng)急備用水源，在黃金水庫設(shè)置取水口１座，沿線敷設(shè)４０ｋｍ輸水管道至豐城市第二自來水廠。通過分析計(jì)算確定日最高需水量、工程規(guī)模，以及對(duì)輸水方式、輸水管徑、管材等進(jìn)行論證分析，并詳細(xì)介紹了取水口的設(shè)計(jì)，為工程的實(shí)施提供依據(jù)，從而為城市供水提供安全保障。

關(guān)鍵詞：供水工程；黃金水庫；管道工程；取水口；設(shè)計(jì)方案

豐城市城區(qū)現(xiàn)有第一、第二兩座水廠，水廠水源為贛江，取水口位于城市中心區(qū)。由于取水口上游分布有豐城電廠、食品工業(yè)園區(qū)、樟樹鹽化工基地、新干化工廠、峽江造紙廠等工業(yè)污染源，水質(zhì)較難得到保障。贛江水源突發(fā)性水污染威脅始終是豐城人民飲水的心腹大患，若贛江豐城段發(fā)生重大水污染事故，將造成沿線的自來水全線告急。目前，豐城市域各水廠均無備用水源，如發(fā)生大面積斷水，將產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)問題。為了化解用水危機(jī)，玉華山水庫建設(shè)工程目前正在積極推進(jìn)之中。玉華山水庫建成后，將作為豐城市的主要供水水源。但是，由于玉華山水庫工程規(guī)模大、建設(shè)工期長，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)向下游供水，而解決城區(qū)供水問題又刻不容緩。因此，必須先行建設(shè)應(yīng)急供水工程。現(xiàn)狀的黃金水庫水量充足，在滿足灌溉的前提下可外供部分水量。水庫水質(zhì)優(yōu)良，監(jiān)測(cè)表明，庫區(qū)水質(zhì)常年處于地表Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)及以上，這一優(yōu)質(zhì)的水庫水可作為近遠(yuǎn)期的備用水源使用。在贛江水源發(fā)生事故時(shí)，臨時(shí)引調(diào)黃金水庫水至豐城城區(qū)，即可滿足城市的應(yīng)急供水要求［１－４］。

１工程概況

本工程主要建設(shè)一段長４０．０ｋｍ的引水干管和一座規(guī)模８．０萬ｍ３／ｄ的取水口。其中，引水干管起點(diǎn)為黃金水庫取水口，終點(diǎn)為豐城市第二自來水廠。引水干管總長４０．０ｋｍ，采用重力自流輸水，分為以下四段：（１）黃金水庫取水口～玉華山水庫岔點(diǎn)段：采用ＰＣＣＰ管，管徑ＤＮ１２００，管長５．８ｋｍ。（２）玉華山水庫取水口～擬建水廠段：采用ＰＣＣＰ管，管徑ＤＮ１８００，管長２８．８ｋｍ。本段管線在玉華山水庫取水口下預(yù)留ＤＮ５００生態(tài)流量管一處，在荷湖鄉(xiāng)、麗村鎮(zhèn)、榮塘鎮(zhèn)三處預(yù)留ＤＮ３００支管，并為擬建水廠預(yù)留ＤＮ１２００的支管一處。（３）擬建水廠～涂家村段：采用ＰＣＣＰ管，管徑ＤＮ１４００，管長２．７ｋｍ。（４）涂家村～豐城第二自來水廠段：采用ＰＣＣＰ管，管徑ＤＮ１２００，管長２．７ｋｍ。管道基本敷設(shè)于農(nóng)田和城市道路下，管頂覆土１．５ｍ，局部地勢(shì)高點(diǎn)處管頂覆土６．０～７．０ｍ。在管道的高點(diǎn)和在平緩地帶每隔１０００ｍ左右設(shè)置排氣閥門，在管道的低點(diǎn)設(shè)置放空設(shè)施，管道上每隔一定距離設(shè)置控制閥門。為了防止管道受水錘破壞，引水管線布置時(shí)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)駝峰或坡度劇變。管線施工主要采用開槽埋管，沿線跨越河道、公路、鐵路等障礙物時(shí)采用頂管或倒虹。本工程現(xiàn)狀水平年為２０１６年，設(shè)計(jì)水平年為２０３０年，城鎮(zhèn)綜合用水保證率９５％。本工程的供水范圍為豐城市城區(qū)的劍光街道、河洲街道、劍南街道、孫渡街道，以及管道沿線的荷湖鄉(xiāng)、麗村鎮(zhèn)、榮塘鎮(zhèn)。

２需水量預(yù)測(cè)與工程規(guī)模

２．１需水量預(yù)測(cè)

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＧＢ５００１３—２０１８），設(shè)計(jì)供水量包括綜合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）、工業(yè)企業(yè)用水、澆灑道路和綠地用水、管網(wǎng)漏損水量以及未預(yù)見用水。本項(xiàng)目供水范圍為豐城市城區(qū)的劍光街道、河洲街道、劍南街道、孫渡街道以及管道沿線的荷湖鄉(xiāng)、麗村鎮(zhèn)、榮塘鎮(zhèn)，主要承擔(dān)城鎮(zhèn)綜合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）應(yīng)急供水任務(wù)，因此，本項(xiàng)目暫不考慮承擔(dān)工業(yè)用水的應(yīng)急備用，若按不考慮工業(yè)需水量計(jì)算，供水范圍內(nèi)２０３０年日最高需水量為２５．１萬ｍ３。表１為供水范圍設(shè)計(jì)水平年最高日需水量預(yù)測(cè)。

２．２工程規(guī)模

工程服務(wù)范圍內(nèi)的用水戶在設(shè)計(jì)水平年２０３０年的需水量為２５．１萬ｍ３／ｄ，由三個(gè)城區(qū)水廠和三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠供水。其中，現(xiàn)狀豐城第一水廠設(shè)計(jì)規(guī)模５．０萬ｍ３／ｄ，第二水廠設(shè)計(jì)規(guī)模６．０萬ｍ３／ｄ，擬建水廠設(shè)計(jì)規(guī)模１１．８萬ｍ３／ｄ，荷湖鄉(xiāng)水廠規(guī)模０．５萬ｍ３／ｄ，麗村鎮(zhèn)水廠０．５萬ｍ３／ｄ，榮塘鎮(zhèn)水廠１．３萬ｍ３／ｄ。考慮管道在輸水過程中５％的漏·０８·損，則水源需向以上六個(gè)水廠提供原水共２６．４萬ｍ３／ｄ。原水優(yōu)先使用水庫水，不足部分采用贛江水。在玉華山水庫建成前，城市的水源為贛江，正常供水時(shí)由贛江向城區(qū)水廠提供原水，在贛江水源發(fā)生自然災(zāi)害、水質(zhì)污染等突發(fā)事件不能取水的情況時(shí)，由黃金水庫提供應(yīng)急原水，主要保證中心城區(qū)綜合用水量的供應(yīng)，包括城鎮(zhèn)居民生活用水和城鎮(zhèn)公共設(shè)施用水量。由于供水范圍內(nèi)城區(qū)綜合日最高需水量約為１０．０萬ｍ３／ｄ，應(yīng)急供水量按城鎮(zhèn)綜合日最高需水量８０％計(jì)算，因此，該工況下黃金水庫的應(yīng)急供水量為８．０萬ｍ３／ｄ。在玉華山水庫建成后，工程服務(wù)區(qū)內(nèi)的原水在正常供水時(shí)將由玉華山水庫和贛江共同提供，最高日總計(jì)提供原水２６．４萬ｍ３／ｄ。根據(jù)城市供水系統(tǒng)應(yīng)急供水量需求確定，城市應(yīng)急供水量首先考慮滿足城市居民基本生活用水量要求，并適當(dāng)考慮醫(yī)院、政府部門和學(xué)校等公建的基本用水，事故時(shí)按照最高日綜合生活用水量的８０％來確定應(yīng)急供水規(guī)模，根據(jù)需水量預(yù)測(cè)，供水范圍設(shè)計(jì)水平年２０３０年日最高需水量為２５．１萬ｍ３／ｄ，即應(yīng)急備用水量２０．０萬ｍ３／ｄ，需應(yīng)急備用水源２１萬ｍ３／ｄ。在應(yīng)急供水工況下，贛江水源無法提供原水，玉華山水庫應(yīng)急供水量１６．７萬ｍ３／ｄ，黃金水庫應(yīng)急供水４．３萬ｍ３／ｄ。可知，玉華山水庫岔點(diǎn)～擬建水廠段的最大輸送流量為２１．０萬ｍ３／ｄ，見表２。黃金水庫取水口規(guī)模以黃金水庫最大可供水量確定。

３管道工程設(shè)計(jì)

３．１輸水管線布置

管線起點(diǎn)為黃金水庫取水口，管道管徑ＤＮ１２００，途徑荷湖鄉(xiāng)、玉華山水庫岔點(diǎn)，在玉華山水庫岔點(diǎn)處，與引自玉華山水庫的一段ＤＮ１８００管道連接，而后從岔點(diǎn)處由南向北敷設(shè)，管徑增大為ＤＮ１８００，途徑麗村鎮(zhèn)和榮塘鎮(zhèn)，穿越清豐溪，至主城區(qū)西側(cè)擬建水廠后，管道管徑為ＤＮ１４００，管線沿東北方向往主城區(qū)敷設(shè)，跨越Ｇ１０５國道、滬昆線鐵路，最終到達(dá)豐城第二自來水廠。其中起點(diǎn)～玉華山水庫岔點(diǎn)段長度５．８ｋｍ，玉華山水庫取水口～岔點(diǎn)段長度１．５ｋｍ，岔點(diǎn)～擬建水廠段長度２７．２ｋｍ，擬建水廠選址～豐城第二自來水廠段長度５．４ｋｍ。管道主要采用ＰＣＣＰ管，局部跨越障礙物采用鋼管。

３．２輸水方式選擇

本工程為長距離輸水工程，按輸水方式的不同，可分為無壓重力輸水、有壓重力輸水、加壓輸水、重力和加壓組合輸水等四種形式。這四種形式都是在輸水工程中較常用的，具體工程采用何種輸水方式，應(yīng)根據(jù)輸水工程特點(diǎn)，如線路長度、輸水流量、可利用水頭及沿線地形、地質(zhì)條件等因素經(jīng)綜合分析后確定。本工程管線起點(diǎn)位于黃金水庫左岸山體引水隧洞出口的鋼管，在玉華山水庫岔點(diǎn)處與引自玉華山水庫的引水管道連接，然后，引水管道自南向北敷設(shè)，最終，接入豐城第二自來水廠。依據(jù)現(xiàn)有資料，黃金水庫死水位５１．２ｍ，玉華山水庫岔點(diǎn)地面高程３６．８ｍ，高差達(dá)到１４．４ｍ；擬建玉華山水庫死水位４８．０ｍ，豐城第二自來水廠反應(yīng)池控制水位２８．５ｍ，水位差達(dá)１９．５ｍ，因此，考慮充分利用地形高差，采用有壓重力管道輸水方式。

３．３輸水管道單雙管選擇

根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程（附條文說明）》（ＣＥＣＳ１９３—２００５）第３．１．２條及規(guī)范ＧＢ５００１３—２０１８第７．１．３條規(guī)定，輸水管（渠）道不宜少于２條，當(dāng)多水源供水或者有調(diào)節(jié)水池或其他安全措施時(shí)，也可修建一條。綜合考慮，玉華山水庫建成后，豐城市有多水源供水，在引水管道發(fā)生事故時(shí)，城區(qū)水廠可利用贛江作為應(yīng)急水源。因此，為節(jié)省工程投資，本工程輸水管道推薦采用單管輸送。

３．４輸水管道管徑選擇

根據(jù)管道節(jié)點(diǎn)和規(guī)模，暫將供水干管分為三段，分別為玉華山水庫取水口～擬建水廠段管道、擬建水廠～豐城市第二自來水廠段和黃金水庫取水口～玉華山水庫岔點(diǎn)段。（１）玉華山水庫取水口～擬建水廠段管道管徑選擇ＤＮ１８００。（２）擬建水廠～豐城市第二自來水廠段管道分為兩段：涂家村～第二水廠段管道考慮采用ＤＮ１２００管徑，本段長約２７００ｍ；擬建水廠～涂家村段管道采用ＤＮ１４００管徑，長約２７００ｍ。（３）黃金水庫取水口～玉華山水庫岔點(diǎn)段管道管徑取ＤＮ１２００。３．５管材選擇在本次工程設(shè)計(jì)中，對(duì)工程規(guī)模、重要性、管徑及壓力的要求、工程地質(zhì)、外荷載狀況等方面進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓懿牡氖褂昧?xí)慣，確定管材如下：（１）開挖直埋管段：本工程管道路線長，管道系統(tǒng)安全性要求較高，使用年限較長，在導(dǎo)流洞出口連接段、線路崎嶇地段、居住區(qū)段及特殊管件連接處建議采用鋼管，其余開挖段采用ＰＣＣＰ管，壓力等級(jí)１．０ＭＰａ。（２）頂管施工管段：頂管段采用鋼管。（３）倒虹段：倒虹段采用鋼管方包。

４取水口設(shè)計(jì)

４．１取水口布置

本方案取水口布置在黃金水庫大壩上游西側(cè)約１５０ｍ山坡開闊處，后接有壓輸水隧洞，隧洞長約３５３ｍ，出口處位于水庫大壩下游西側(cè)庫尾，大壩帷幕線堵頭后接輸水管線。結(jié)合黃金水庫的水質(zhì)條件和取水要求，取庫表１．５ｍ以下淺層水，不取表層水。取水口采用塔式分層取水，塔頂高程７７．７２７ｍ，在不同高程處布置４個(gè)取水口，高程分別為ＥＬ．５２．０ｍ、ＥＬ．５６．００ｍ、ＥＬ．６０．００ｍ、ＥＬ．６４．００ｍ。采用有壓取水口自流取水，孔口尺寸一致，尺寸為１．７ｍ×３．０ｍ（寬×高），每個(gè)孔口布置一道平板鋼閘門，取水口前面設(shè)一道攔污柵，塔后接輸水隧洞，塔體結(jié)構(gòu)及塔頂交通橋結(jié)合邊坡開挖馬道布置。４個(gè)閘門及攔污柵共用一套門機(jī)啟閉。

４．２輸水隧洞

設(shè)計(jì)輸水隧洞總長３５３ｍ，大壩帷幕堵頭前隧洞為全線有壓隧洞，總長１５９ｍ，堵頭后隧洞不過水采用噴錨支護(hù)，洞內(nèi)布置輸水明鋼管，隧洞總長１９４ｍ。隧洞在大壩帷幕線處設(shè)置混凝土堵頭封堵，堵頭內(nèi)埋設(shè)管徑１．２ｍ壓力鋼管，并與堵頭下游輸水管線銜接。混凝土堵頭段設(shè)止水環(huán)和止推環(huán)，進(jìn)行帷幕灌漿。堵頭后接輸水鋼管，管上設(shè)事故檢修閥門。堵頭至隧洞出口段鋼管采用鎮(zhèn)墩、支墩支撐。４．２．１洞型、洞徑選擇。本工程區(qū)構(gòu)造較簡單，斷層規(guī)模較小，隧洞圍巖以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，少部分為Ⅳ類、Ⅴ類。有壓引水隧洞地質(zhì)條件較好，城門洞形斷面施工條件較好，有利于快速爆破施工，因此，隧洞全線推薦采用城門洞形。經(jīng)過估算，引水隧洞經(jīng)濟(jì)洞徑僅為０．７７ｍ。該斷面尺寸過小，幾乎無法施工，因此隧洞斷面尺寸不受水力學(xué)條件控制，而受施工條件控制。根據(jù)隧洞施工、洞內(nèi)鋼管焊接要求，推薦隧洞開挖尺寸２．５ｍ×３．０ｍ（寬×高），堵頭前隧洞混凝土襯砌厚４０ｃｍ，襯后尺寸１．７ｍ×２．２ｍ（寬×高），如圖１所示。４．２．２開挖支護(hù)設(shè)計(jì)。（１）Ⅱ類圍巖洞段。頂拱部分系統(tǒng)噴５０ｍｍ厚混凝土，設(shè)φ２０，Ｌ＝１．５０ｍ的隨機(jī)錨桿。（２）Ⅲ類圍巖洞段。頂拱及邊墻系統(tǒng)噴１００ｍｍ厚混凝土，系統(tǒng)掛網(wǎng)鋼筋φ６．５＠１５０×１５０，設(shè)φ２０，Ｌ＝１．５０ｍ，間、排距均為１．５ｍ的系統(tǒng)錨桿。（３）Ⅳ類圍巖洞段。頂拱及邊墻采用１００ｍｍ厚噴混凝土，系統(tǒng)掛網(wǎng)鋼筋φ６．５＠１５０×１５０，設(shè)φ２０，Ｌ＝０．７５ｍ，間、排距均為１．２ｍ的系統(tǒng)錨桿。（４）Ⅴ類圍巖洞段（出口洞段）。頂拱設(shè)φ２５，Ｌ＝３．００ｍ超前錨桿或Ｌ＝３．００ｍ超前小導(dǎo)管，環(huán)間距０．５ｍ，排距為３．０ｍ，頂拱及邊墻采用１５０ｍｍ厚噴混凝土，系統(tǒng)掛網(wǎng)鋼筋φ６．５＠１５０×１５０，設(shè)φ２０，Ｌ＝２．５０ｍ，間、排距均為１．０ｍ的系統(tǒng)錨桿。４．２．３襯砌設(shè)計(jì)。本工程帷幕堵頭前均采用鋼筋混凝土作永久襯砌，城門洞有壓引水隧洞的開挖輪廓２．５ｍ×３．０ｍ（寬×高），襯砌采用Ｃ２５鋼筋混凝土，縱向受力鋼筋采用ＨＲＢ３３５級(jí)鋼筋。經(jīng)配筋結(jié)構(gòu)計(jì)算，Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段配單層筋Φ２５＠２０ｃｍ。

５結(jié)語

豐城市城市供水管道工程主要解決豐城市應(yīng)急備用水源的問題，豐城市城區(qū)現(xiàn)狀主要以贛江為水源，本工程實(shí)施后，玉華山水庫未建成之前，在贛江水源地突發(fā)污染事件的情況下，可臨時(shí)啟用黃金水庫水源，為豐城市用水需求提供保障。本文從需水量計(jì)算、輸水管道設(shè)計(jì)以及取水口設(shè)計(jì)等幾方面簡要介紹了城市供水管道工程的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)方案合理，具有一定借鑒價(jià)值。

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作者:聶小軍 單位:豐城市豐東水資源開發(fā)利用中心