聶小軍

(豐城市豐東水資源開發(fā)利用中心，江西 宜春 331100)

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)生嚴重的社會問題。

為了化解用水危機，玉華山水庫建設(shè)工程目前正在積極推進之中。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)測表明，庫區(qū)水質(zhì)常年處于地表Ⅲ類水標準及以上，這一優(yōu)質(zhì)的水庫水可作為近遠期的備用水源使用。在贛江水源發(fā)生事故時，臨時引調(diào)黃金水庫水至豐城城區(qū)，即可滿足城市的應急供水要求[1-4]。

1 工程概況

本工程主要建設(shè)一段長40.0 km的引水干管和一座規(guī)模8.0萬m3/d的取水口。其中，引水干管起點為黃金水庫取水口，終點為豐城市第二自來水廠。引水干管總長40.0 km，采用重力自流輸水，分為以下四段：

(1)黃金水庫取水口～玉華山水庫岔點段：采用PCCP管，管徑DN1200，管長5.8 km。

(2)玉華山水庫取水口～擬建水廠段：采用PCCP管，管徑DN1800，管長28.8 km。本段管線在玉華山水庫取水口下預留DN500生態(tài)流量管一處，在荷湖鄉(xiāng)、麗村鎮(zhèn)、榮塘鎮(zhèn)三處預留DN300支管，并為擬建水廠預留DN1200的支管一處。

(3)擬建水廠～涂家村段：采用PCCP管，管徑DN1400，管長2.7 km。

(4)涂家村～豐城第二自來水廠段：采用PCCP管，管徑DN1200，管長2.7 km。

管道基本敷設(shè)于農(nóng)田和城市道路下，管頂覆土1.5 m，局部地勢高點處管頂覆土6.0～7.0 m。

在管道的高點和在平緩地帶每隔1000 m左右設(shè)置排氣閥門，在管道的低點設(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，引水管線布置時應盡量避免出現(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、鐵路等障礙物時采用頂管或倒虹。

本工程現(xiàn)狀水平年為2016年，設(shè)計水平年為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 需水量預測與工程規(guī)模

2.1 需水量預測

根據(jù)《室外給水設(shè)計規(guī)范》(GB 50013—2018)，設(shè)計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)漏損水量以及未預見用水。

本項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)應急供水任務，因此，本項目暫不考慮承擔工業(yè)用水的應急備用，若按不考慮工業(yè)需水量計算，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)計水平年最高日需水量預測。

表1 供水范圍設(shè)計水平年最高日需水量預測 萬m3·d-1

2.2 工程規(guī)模

工程服務范圍內(nèi)的用水戶在設(shè)計水平年2030年的需水量為25.1萬m3/d，由三個城區(qū)水廠和三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠供水。其中,現(xiàn)狀豐城第一水廠設(shè)計規(guī)模5.0萬m3/d，第二水廠設(shè)計規(guī)模6.0萬m3/d，擬建水廠設(shè)計規(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?？紤]管道在輸水過程中5%的漏損，則水源需向以上六個水廠提供原水共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，正常供水時由贛江向城區(qū)水廠提供原水，在贛江水源發(fā)生自然災害、水質(zhì)污染等突發(fā)事件不能取水的情況時，由黃金水庫提供應急原水，主要保證中心城區(qū)綜合用水量的供應，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，應急供水量按城鎮(zhèn)綜合日最高需水量80%計算，因此,該工況下黃金水庫的應急供水量為8.0萬m3/d。

在玉華山水庫建成后，工程服務區(qū)內(nèi)的原水在正常供水時將由玉華山水庫和贛江共同提供，最高日總計提供原水26.4萬m3/d。根據(jù)城市供水系統(tǒng)應急供水量需求確定，城市應急供水量首先考慮滿足城市居民基本生活用水量要求，并適當考慮醫(yī)院、政府部門和學校等公建的基本用水，事故時按照最高日綜合生活用水量的80%來確定應急供水規(guī)模，根據(jù)需水量預測，供水范圍設(shè)計水平年2030年日最高需水量為25.1萬m3/d，即應急備用水量20.0萬m3/d，需應急備用水源 21萬m3/d。在應急供水工況下，贛江水源無法提供原水，玉華山水庫應急供水量16.7萬m3/d，黃金水庫應急供水4.3萬m3/d。可知，玉華山水庫岔點～擬建水廠段的最大輸送流量為21.0萬m3/d，見表2。

表2 工程規(guī)模

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

3.1 輸水管線布置

管線起點為黃金水庫取水口，管道管徑DN1200，途徑荷湖鄉(xiāng)、玉華山水庫岔點，在玉華山水庫岔點處，與引自玉華山水庫的一段DN1800管道連接，而后從岔點處由南向北敷設(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，最終到達豐城第二自來水廠。其中起點～玉華山水庫岔點段長度5.8 km，玉華山水庫取水口～岔點段長度1.5 km，岔點～擬建水廠段長度27.2 km，擬建水廠選址～豐城第二自來水廠段長度5.4 km。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，應根據(jù)輸水工程特點，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51.2 m，玉華山水庫岔點地面高程36.8 m，高差達到14.4 m；擬建玉華山水庫死水位48.0 m，豐城第二自來水廠反應池控制水位28.5 m，水位差達19.5 m，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)》(CECS 193—2005)第3.1.2條及規(guī)范GB 50013—2018第7.1.3條規(guī)定，輸水管(渠)道不宜少于2條，當多水源供水或者有調(diào)節(jié)水池或其他安全措施時，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，城區(qū)水廠可利用贛江作為應急水源。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2700 m；擬建水廠～涂家村段管道采用DN1400管徑，長約2700 m。

(3)黃金水庫取水口～玉華山水庫岔點段管道管徑取DN1200。

3.5 管材選擇

在本次工程設(shè)計中，對工程規(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行綜合分析，并結(jié)合當?shù)毓懿牡氖褂昧晳T，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1.0 MPa。

(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

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150 m山坡開闊處，后接有壓輸水隧洞，隧洞長約353 m，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1.5 m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77.727 m，在不同高程處布置4個取水口，高程分別為EL.52.0 m、EL.56.00 m、EL.60.00 m、EL.64.00 m。采用有壓取水口自流取水，孔口尺寸一致，尺寸為 1.7 m×3.0 m(寬×高)，每個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個閘門及攔污柵共用一套門機啟閉。

4.2 輸水隧洞

設(shè)計輸水隧洞總長353 m，大壩帷幕堵頭前隧洞為全線有壓隧洞，總長159 m，堵頭后隧洞不過水采用噴錨支護，洞內(nèi)布置輸水明鋼管，隧洞總長194 m。

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1.2 m壓力鋼管，并與堵頭下游輸水管線銜接?；炷炼骂^段設(shè)止水環(huán)和止推環(huán)，進行帷幕灌漿。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)濟洞徑僅為0.77 m。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2.5 m×3.0 m(寬×高)，堵頭前隧洞混凝土襯砌厚40 cm，襯后尺寸1.7 m×2.2 m(寬×高)，如圖1所示。

圖1 取水隧洞典型剖面圖(單位：cm)

4.2.2 開挖支護設(shè)計

(1)Ⅱ類圍巖洞段。頂拱部分系統(tǒng)噴50 mm厚混凝土，設(shè)φ20，L=1.50 m的隨機錨桿。

(2)Ⅲ類圍巖洞段。頂拱及邊墻系統(tǒng)噴100 mm厚混凝土，系統(tǒng)掛網(wǎng)鋼筋φ6.5@150×150，設(shè)φ20，L=1.50 m，間、排距均為1.5 m的系統(tǒng)錨桿。

(3)Ⅳ類圍巖洞段。頂拱及邊墻采用100 mm厚噴混凝土，系統(tǒng)掛網(wǎng)鋼筋φ6.5@150×150，設(shè)φ20，L=0.75 m，間、排距均為1.2 m的系統(tǒng)錨桿。

(4)Ⅴ類圍巖洞段(出口洞段)。頂拱設(shè)φ25，L=3.00 m超前錨桿或L=3.00 m超前小導管，環(huán)間距0.5m，排距為3.0 m，頂拱及邊墻采用150 mm厚噴混凝土，系統(tǒng)掛網(wǎng)鋼筋φ6.5@150×150，設(shè)φ20，L=2.50 m，間、排距均為1.0 m的系統(tǒng)錨桿。

4.2.3 襯砌設(shè)計

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2.5 m×3.0 m(寬×高)，襯砌采用C25鋼筋混凝土，縱向受力鋼筋采用HRB335級鋼筋。經(jīng)配筋結(jié)構(gòu)計算，Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段配單層筋Φ25@20 cm。

5 結(jié) 語

豐城市城市供水管道工程主要解決豐城市應急備用水源的問題，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。本文從需水量計算、輸水管道設(shè)計以及取水口設(shè)計等幾方面簡要介紹了城市供水管道工程的設(shè)計思路，設(shè)計方案合理，具有一定借鑒價值。