山区长距离输水管道设计和施工方案探讨

王 拓，朱家才，肖铧珅

（贵州省盘县水利局，553537，盘县）

一、工程概况

贵州省盘县白河沟水利工程输水管道总长10.573 km，是中央拉动内需资金的省级重点项目，工程主要任务是解决盘县红果镇（开发区）城市供水、周边农村饮水和农田灌溉问题。规划水平年为2020年，毛供水量每年2 194万m3，其中，城市供水量每年2 000 万 m3（每天 5.48 万 m3），农灌和农村饮水供水量每年194万m3。工程总投资47 178万元，计划争取中央资金23 589万元，地方配套23 589万元。工程建设工期36个月。2008年12月 30日，工程“三通一平”动工，2009年3月16日，贵州省水利厅批准主体工程（大坝枢纽）开工建设。工程建成后将向盘县红果新城供水，满足2020年前30万人生活用水需求。

白河沟水利工程由水库大坝枢纽、提水泵站、输水系统（前段输水管道、中段输水隧洞、后段输水管道）、输配电工程及公路组成，工程等别为Ⅲ等。白河沟水库地处云贵高原贵州与云南两省交界地带，盘县江浪河上。大坝布置于平关镇境内，距平关镇政府下游约5.5 km处。水库为中型水库，总库容1 670万m3，兴利库容1 083万 m3，死库容 317万 m3。 正常蓄水位1840.00 m，死水位1 824.00 m。大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1 844.4 m，坝高 60.4 m，坝顶宽8 m、长195 m。坝址以上集雨面积88.5 km2，年径流量5 460万m3，多年平均流量1.72m3/s。 工程占地 2300 亩（153.3hm2），涉迁户数593户，涉迁人口2 027人。

二、工程规划设计调整和变更情况

1.工程原规划设计情况

输水系统部分：提水泵站布置于距大坝约800 m处，泵站装机3台，单机560 kW，总装机1 680 kW，其中一台备用；提水流量1.089 m3/s，最大提水扬程51.14 m；引水线路总长16.019 km，设计引用流量1.089 m3/s，前后段输水管道采取双管布置，管径均为DN800，前段输水管道采用预制混凝土管，长 1.116 km，后段输水管道采用预应力混凝土管，长9.053 km，管道出口接水厂；中段输水隧洞为城门洞形无压隧洞，长5.85 km，过水断面为2 m×2 m。建3.5万kV变电站1座。

2.工程规划设计调整变更情况

为进一步满足供水区域城市规划和城市建设发展的需要，更好地发挥工程效益，同时优化设计，便于施工，节省投资，经项目业主反复踏勘，重新规划了输水线路，并经设计单位作了分析论证，对原输水系统规划设计作了重大设计调整和变更，最终获得贵州省发改委和贵州省水利厅批准，批复调整的输水系统工程主要由提水泵站、输水管道、输水隧洞等建筑物组成。调整后，提水泵站装机由原来的1 680 kW变为2 400 kW，输水隧洞由原来的5.85 km缩短为4.51 km，前段管道由原来的1.116 km变为1.419 km，后段管道由原来的9.053 km变为9.154 km，节省投资（隧洞部分）约1 300万元，将原预制混凝土管和预应力混凝土管改为球墨铸铁管。调整后的前段输水管道施工方便（靠近公路）、避开复杂地形和不良地质地段。调整后的输水隧洞具有不需打支洞、减少不良地质条件、缩短工期、减少投资等优点。

三、规划设计和施工存在的主要问题

1.输水管线规划布置难，涉及拆迁复杂

白河沟水利工程输水管线全长10.573 km，涉及3个乡镇和红果经济开发区，其中，前段管道（高位水池至隧洞进口段）长1.419 km，处于平关镇境内，涉及拆迁少，主要需要破进库公路和进隧洞入口临时公路。后段管道（隧洞出口至水厂段）长9.154 km，涉及火铺镇、红果镇和红果经济开发区规划范围，其中，输水管道红果段从五线桥至董家营水厂段长5.524 km，该段管线布置涉及红果经济开发区规划范围，全部按照红果经济开发区建设局的规划意见进行规划布置。后段输水管线征地拆迁涉及磷肥厂、320国道（穿越5处）、西南输油管道（穿越7处）、河道、火铺矿区、街道营业区、移民安置点、砖厂、砂石厂、货场、林木、水渠、涵桥、房屋、球场、围墙保坎、供电和电信设施等建筑设施和地上附着物，输水管线穿越的设施和地物复杂，规划布置较难，内业设计难以达到一定深度和准确度，因受城市规划、建筑物等设施控制，实施时局部调整的随意性大。

2.局部管段施工干扰大，安全隐患多

输水管道施工涉及公路运输、输油管道、厂矿区、街道营业区等人员密集场所和运输安全隐患大的地方，也关系易燃易爆危险物品，因此，施工外部干扰大，施工安全管理尤为重要。这些管段施工时要加强现场管理，做好协调沟通，排除阻力和干扰，确保安全，确保质量，加快进度。

四、输水管道设计和施工方案建议

1.设计方案

（1）做好外业踏勘，全面掌握地貌、地质、地物特征和各种设施情况

对输水管线走向和布置位置要反复踏勘，选择地形起伏小、地质条件较好、穿越各种地物和设施较少，路径较短的线路作为最佳设计方案。要摸清地面和地下设施情况，与有关部门联系沟通，掌握已作出的规划情况，协商作出管道布置意见，避免盲目规划布线，造成实施困难。

（2）充分做好规划设计方案比选和论证，作出科学、合理的规划设计方案

在反复认真做好外业工作基础上，对输水管路走向、平面布置位置、管床开挖断面尺寸控制、细部结构（镇墩、支墩、桥涵、桩基、保坎等）设计、管道连接件（闸阀、排气阀、冲沙阀、拍门、弯管接头、三通管、连通管、伸缩节等）、管道垫层、管道回填等项目作出科学合理的设计，经审查后确定宏观的管道规划设计方案，对局部性的规划设计调整和变更可转入实施阶段进行修改和完善。

（3）在实施阶段，结合实际情况进行设计调整和变更，不断优化设计

设计调整和变更的主要项目是管道转折角度控制、平面和竖向位置调整、明管和埋管接合调整、管道细部结构调整变更、管道连接件数量和类型变更等。对采用球墨铸铁管材料安装的管道转折角度调整，因厂家生产的多数是定型角度的弯管接头，一般 有 11.25°、22.5°、45°、90°四 种 类型，并且对于DN800管道用胶圈承插连接允许有2°以内范围的偏离角度调整。对于6 m长的管道偏离调整2°时，其末端即可偏离21 cm的距离。因此，要结合施工现场管线位置进行相应的调整变更，可把大角度化为小角度，把规范定型的小角度化为2°以内的更小角度，即把大角度折线变为小角度（2°以内）折线连接的弧线。

但对于把 90°变为 45°、22.5°或11.25°时，要多用小角度弯管接头，弯管接头的造价比较高，与一支6 m长的直管相当，这就要从技术和经济方面作比选，选择合适的角度进行安装。对平面和竖向位置调整而言，要结合地形、地物设施作适当的左右和上下位置调整，并采用合适的弯管接头来连接，或者采取管道承插允许的2°以内范围调整来连接。对于明管和埋管接合调整而言，要根据地形、地物和设施情况来调整，对于石山区、陡坡地带、垮冲沟处、建筑设施影响等不便于深挖深埋的地方，可采取明管布置，做好相应的细部结构设计，把管道支撑固定好。对较平缓的石山、耕地、街道、河道、公路等便于开挖的地带，可采取深挖深埋的暗管形式来布置。对于管道细部结构调整变更而言，要结合地形、地物和设施情况进行相应的设计调整，在管道转折大的地方、陡坡地带、跨沟壑、跨公路、地质不良地带、明管和暗管接合部位等关键部位，应设置镇墩；在管道转折小角度且为埋管的地方、部分明管地方，可设置支墩；对跨沟壑和建筑设施等地方应设置桥涵和镇支墩；对基础软弱地带、陡坡土体等不良地质地带，应采取桩基形式或置换软弱土体、铺砂石骨料等措施来处理。对于管道连接件数量和类型变更而言，要考虑地形高低带、转折处、切割管连接处、单管运行和双管运行等情况设置，满足管道连接安装、运行安全、检修等需要。

2.施工方案

（1）做好已规划布置的输水管道线路踏勘，全面掌握情况

进入实施阶段，施工单位要会同业主、监理单位对输水线路作全面的踏勘摸底，了解地貌、地物和设施现状，为编制施工方案和实施打好基础。

（2）做好施工临时设施规划布置

施工方要根据现场踏勘和调查摸底情况，对供水、供电、进场路、砂石料场、加工场地、库房、施工营房、弃土弃渣场等临时设施和施工用地做好符合实际的规划布置，满足施工要求。临时设施要根据管道分段施工情况进行合理布局，满足分段施工要求和兼顾相邻管段施工需求。

（3）全面做好施工组织设计和专项方案

根据管道总体规划设计情况作出总体施工方案，对人员投入、设备投入、材料用量、施工质量管理、进度管理、资金管理、安全管理、计划管理、工程质评与验收、档案资料管理等方面作出全面的部署规划，并根据分段情况作出相应的施工子方案。对工程施工涉及的某个专项作出相应的专项方案，如土石方开挖堆放专项方案、爆破专项方案、施工用电专项方案、管道吊装专项方案、破公路专项施工方案、穿越输油管道专项施工方案、管道水压或气压试验专项方案等，在施工中严格按照批准的施工方案和专项方案执行，落到实处，确保施工质量、进度和安全。

（4）合理做好设计调整和变更，弥补前期规划和施工设计深度不够的问题

施工、监理和业主单位要对施工设计进行消化熟悉，并与现场对照，是否符合实际情况，若发现与实际情况不符或者有矛盾冲突，或者不利于施工，不是最佳设计方案，要作出符合实际的最优调整方案，科学、合理地布置安装管道，要考虑既经济合理，又安全可靠，结合实际情况调整和优化管道细部结构和管道连接件，减少不必要的镇支墩和管道连接件。调整和变更的手续要完善。

（5）调整施工方法，提高施工效率

对管床开挖、回填、管道安装等工序可结合实际情况进行调整，采取不同措施分段施工，对于无不良地质条件的均质土体地带，可采取边开挖、边安装、边回填方式进行施工，这样可加快施工进度，避免管床开挖边坡暴露时间过长而垮塌；对陡坡石质地带，要控制开挖深度，以基础稳固为原则，开挖成一个平台，可对开挖好的管道平台外侧砌筑浆砌石挡墙，再回填土以保护管道，防止坠石、滚石砸坏管道。对于陡坡地带，其下方有居民住房和道路运输的，要调整开挖措施，主要用人工开挖，控制好开挖深度和范围，不能就地堆放土石方，要将开挖后的土石方搬运到平缓地带堆放，并采取水土保持措施。对于破公路和街道的地方，开挖后要及时安装管道，并恢复路面，保持车辆畅通和行人安全。对于管道安装左右调整有余地的情况下，要充分利用不同管径允许范围的承插口角度调整来调整线路转折角度，达到管道安装施工最佳状态。还可结合切割管道来调整长度、对接安装来适应建筑物和各种不便于拆迁和不能拆迁的设施。

（6）确定施工的重点和难点，加强现场管理，确保工程质量、进度和安全

因长距离大管径双管道布置的输水管道占线长，涉及地形、地物和各种设施复杂多样，在施工技术和安全方面有难点和重点地段。施工安全隐患大的管段是深挖管段（边坡达4 m以上）、破公路段及公路边线段、街道居民区、穿越输油管道处和并列靠近输油管道处等危险地段，对此在施工时须加强安全管理和防治措施；施工技术方面的难点和重点是陡坡土质地带、跨越深冲沟处、穿越公路和输油管道等危险设施处，要加强现场管理，调整施工方法，采取有力措施确保管道施工的安全、质量和进度。

五、设计和施工中应注意的问题

①规划设计时要与城市规划和其他规划相结合，避免发生矛盾冲突。

②规划设计方案一旦审批后，要对输水线路占地作出公告，做好宣传，禁止在已规划的输水线路占地范围内建设永久建筑或各种设施，避免给征地拆迁带来新的困难。

③对输水管道穿越公路、输油管道等设施的要作出设计和施工方案，到相关部门办理批准手续后方可施工。

④在施工中，要对输水管道交叉和并列靠近输油管道的准确位置作好勘探，打好标记，采取安全保护措施，避免发生安全事故。

⑤对输水管道穿越田坝等低洼易积水的地带，要抢在雨季到来之前完成安装。

⑥对输水管道涉及正在施工的街道等市政工程的，要主动与有关部门和施工单位进行协调沟通，抢在街道硬化之前埋设安装管道，避免带来施工困难和造成损失。

⑦要结合施工环境和条件，对管道闭水试验不便于管道全面安装完毕后进行的，可在施工中分段进行闭水试验。若用水压试验有困难，可采取气压试验。

⑧设计供图和征地拆迁是制约工程进展的主要因素，要加大力度，紧紧跟上，才能满足施工要求，推进工程的顺利进行。

[1]贵州省水利水电勘测设计研究院.盘县白河沟水利工程可行性研究报告[R].

[2]贵州省水利水电勘测设计研究院.盘县白河沟水利工程初步设计调整报告[R].