石家庄市南水北调配套工程东南管线方案设计

姚慧敏 王会波 杨 松

南水北调中线工程是缓解京津冀地区严重缺水的重大举措，是国家资源优化配置的重大战略性基础设施。石家庄市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程是河北省南水北调配套工程的重要组成部分，是确保石家庄市用足用好引江水的关键环节。输水管道工程（第二设计单元）主要包括5条输水管线及部分管理设施，年分配水量4.0161亿m3。其中，为石家庄市东南水厂供水的东南输水管线总长13.393km，管道设计流量1.64m3/s，多年平均分配水量4303 万 m3。

1. 输水线路选定

管道工程应保证工程安全、技术可行、经济合理，在选线时遵循以下原则：线路尽量顺直，且穿越铁路、公路、河流尽量正交；尽量避开已有建筑，减少拆迁量；尽量避开现有通讯、供电线路，减少专项工程恢复费用；结合市政规划，避免敷设于改扩建、规划道路下，避免与在建、拟建工程相交，方便后期维修管理；在管道布置中，应尽量采用小角度转折；对同质材管道可适当增加弯头的曲率半径；对于穿越道路处，可适当增加曲率半径，加大转折角度；尽量减少穿越工业园区和规划城区，必须穿越时与规划市政道路及其它市政管线相结合；尽量缩短线路长度并使总投资最低。本工程输水管线穿越耕地、现有道路等，管顶覆土厚度一般不小于1.5m。穿越铁路、公路及河流管段根据规程、规范确定具体埋深。

输水工程在总干渠上庄右分水口门涵洞末端处设分水井，东南输水管线自分水井南侧引出后，向南穿越规划南二环西延线（玉泉路）沿规划玉泉路南侧穿越南泄洪渠、西三环，沿规划汇安路、建华西路向东，穿越红旗大街、民心河、京广铁路、石武客专预留箱涵，平行于建华路中心线布设。输水管线至石家庄治安派出所南侧后，沿规划仓盛路南侧布设，穿越现东环线铁路、107国道、民心河、裕祥街、建华东路雨污加压泵站、仓盛路，沿外方环路东侧绿化带向北进入东南水厂。

2. 输水方案选定

2.1 输水方式确定的原则

一是当水头允许时，优先选择重力自流输水方式。水头不满足的可采用加压方式，也可采用两种方式结合的型式。

二是泵站加压输水时，应通过技术经济比较确定经济流速及管径，经济流速计算方法采用平均最小年值法，计算年限取50年。

2.2 输水方式及管径确定

结合水厂地面高程及配水井设计水位要求，采用最小年值法确定经济流速及管径。

工程引水口上庄（右）分水口门设计水位 75.90m，总干渠设计水位77.43m，总干渠加大水位77.83m。东南水厂处地面高程64.5m，水厂配水井设计水位72.5m，进出口高程差11.4m，依靠重力流可输水至水厂，但不能满足配水井设计水位要求。

针对以上情况，对5种输水方案进行技术经济比选，分别为2种相同管径（DN1600）、不同设计扬程设加压泵站方案和3种不同管径（DN1400、DN1600、DN1800）自流输水方案。 经分析，加压泵站方案出口水位能满足配水井设计水位要求，但运行管理不便，且耗电量费用较大，工程总投资大。自流输水方案管径最小者，投资最省，但水头损失大，出口水位低于地面高程；管径最大者，投资多，且管道流速偏小。综合考虑推荐采用DN1600自流输水方案。

2.3 管材选定

本工程对预应力钢筒混凝土管（PCCP）、钢管（SP）和球墨铸铁管（DIP）3种管材进行经济技术比较，根据工程的不同部位和要求选择合理的管材。

PCCP抗内压、抗渗性能好，结构可靠性高，适用于大中口径管道；DIP耐压强度为 4~5MPa，耐腐蚀，使用寿命高，施工方便，对地基沉降适应性好，抗震性能高，适用于中小口径管道；SP钢管抗压能力强，整体性好，重量小，施工方便，易于任何管件连接，但防腐性能差，投资大。

经综合价格分析，管径1.4m时，球墨铸铁管 （DIP）价格低于PCCP管价格；管径1.6m时，球墨铸铁管（DIP）价格略高于PCCP管价格；管径1.8、2.0m时，球墨铸铁管（DIP）价格高于 PCCP管价格。由于球墨铸铁管在施工、质量安全、运行维护、使用寿命等方面性能均优于PCCP，因此直径1.6m及其以下的管道选用球墨铸铁管。

本工程穿越铁路和高等级公路均采用输水管道外套钢筋混凝土涵 （管）的形式，内部输水管道选用重量轻，易与任何管件连接的SP。

3. 结语

本项目管线穿越石家庄市区二环以外三环以内，正是石家庄扩建的主要区域，管线在纵向上需要不断的穿越燃气、电力、通信、给水、排水等管线及在建的雨污泵站等，实施过程难度较大，留给输水管线的水平及纵向空间很小，因此在输水方式、管径及管材方案的确定时因优先选用利于水流条件的方案，进入水厂后设置提水泵站，因此，在自流能到达地面高程时，可节约工程运行维护费用。