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摘要:水库之间连通输水工程可有效补充和盘活水库水源，有效缓解区域用水矛盾。文章以湖北宜昌官庄—梅子垭水库连通工程为例，通过比选连通工程输水管方案确定了输水管材为球墨铸铁管(DIP)，最佳管径方案以小鸦路为分界点，前半段管径为1.2m，后半段管径为1.4m。同时，对隧洞和顺河、跨河、跨堰塘段、跨路段等特殊地段管道工程进行设计分析，可为类似工程提供必要的技术参考。
关键词:水库;连通工程;输水管;管径设计;隧洞工程
水库之间的连通输水工程可以有效补充和盘活水库水源，有效缓解区域用水矛盾问题，而连通工程设计方案直接影响了供水能力及运行成本，且与区域内的实际地质条件有关，因此必须要进行综合论证。
1工程概况
官庄水库多年平均径流量约为2000万m3，补充水量约为8000万m3，水量充足，水质全年65%时间为Ⅰ类水体，其余为II类水体(地表水环境)。梅子垭水库作为宜昌市区主要水源，目前水质较差，且水库长期处于低水位运行状态，水环境容量大幅度下降，已无法保持生态平衡。官庄水库地势较梅子垭水库高出86.38m，由官庄向梅子垭水库供水运行完全可行，设计日供水规模为36万t，输水流量为5.1m3/s。
2输水管方案确定
2.1工程总体布置设计。本项目因受引水线路沿线用地条件限制，不宜建设明渠，同时明渠不利于水质得到保障，根据实际情况，设计采用管道方式输水。根据既有地形条件和协调结果，本次线路布置设计尽量沿河沟或道路一侧布置。本项目管线总体设计如下:官庄水库右岸取水口→习家岗1#隧洞→习家岗2#隧洞→习家小河、杨树河→东方大道→梅子垭水库库尾。管线全长15.15km，包括2.45km隧洞(输水隧洞180m、洞内明敷管道2273m)、12.59km管道、末段明渠0.11km。
2.2输水管材比选。输水管材是影响工程造价的主要因素之一，不同管材，其水力特性、耐久性、经济性、施工难度等方面均有较大差异［1］。本项目可选择管材包括钢管(SP)、预应力钢筋混凝土管(PCP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、玻璃钢管(GRP)和球墨铸铁管(DIP)，对输水管材进行比选分析［2］，结果详见表1、表2。本工程输水管道具有管径大、压力高、不良地层较长、输水安全性要求高、施工工期短特点。综合上述多个参数，兼顾管材应用经验，本项目最终选择球墨铸铁管(DIP)作为输水管材，均采用双管铺设［3］。
2.3最佳管径方案设计。管径大小直接关系到输水能力、管道成本、施工成本，因此需要在满足输水量的前提下降低管径尺寸，最佳管径可通过公式计算管道沿程水头损失hf来分析，具体见式(1)［4］，本项目局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。管径设计方案及结果见表3。hf=λ·Ldiv22g(1)式中，λ—水力摩阻系数;L—计算管段管道长度;di—管道内径;v—管内水速;g—重力加速度，取9.81m/s2。由表3数据可知:①方案1全线敷设DN1200球墨铸铁管，水头损失大，末端富余水头为负值，不满足输水要求;②方案3全线敷设DN1400的球墨铸铁管，管道的水头损失较小，末端富裕水头较大，但经济性差;③方案2以小鸦路为界，上段敷设DN1400mm球墨铸铁管，下段敷设DN1200mm球墨铸铁管，可满足输水要求，管道投资也较为经济。因此，通过综合比较，本项目推荐选用方案2［5］。
3特殊地段管道工程设计
此次连通工程施工共包括隧洞工程4处(习家岗1#和2#隧洞、杨家垭隧洞、赵家湾隧洞)，以及顺河、跨河、跨堰塘段和跨路段管道工程。隧洞工程总体结构设计基本一致，在此以习家岗2#隧洞为例，对隧洞管道工程进行设计分析。
3.1隧洞工程管道设计。习家岗2#隧洞利用原西干渠习家岗隧洞，该隧洞现状长467.0m，进口底板高程为168.90m，出口底板高程为166.85m，纵坡为1/228，宽2.0～2.3m，高1.8～2.5m，断面不规则。(1)进出口结构设计本项目对习家岗2#隧洞进出口设计如下:①为满足管道布置要求，对该隧洞进行扩挖，扩挖后断面尺寸为6.2m×4.96m;②进口23m、出口15m范围设计钢筋混凝土衬砌(厚度40cm)以增加结构强度，拱顶120°范围采用回填灌浆(断面结构如图1所示)［6］。(2)洞身结构设计隧洞洞身段采用混凝土挂网锚喷(厚度10cm)，下部铺设两根直径为1.4m的球墨铸铁管，管座采用C25混凝土现浇，管身采用黏土压实回填，管顶采用20cm厚C25混凝土浇筑，上部为西干渠过水通道(断面结构如图2所示)［7］。
3.2顺河、跨河、跨堰塘段工程施工设计。本项目顺河、跨河、跨堰塘段管道工程施工方法一致，均在河道枯水期时采用“明挖→埋管→回填”，具体设计如下:①管道下部平段埋置于河床下，管线左右10m范围内的河道进行护砌处理［8］;②在满足抗浮稳定基础上，采用浅埋式防护方案，以减少开挖量，根据实际地质条件设计管道置于河底以下2.0m;③设计管道外包50cm厚C20混凝土，人工回填至原河床高程。
3.3穿路段工程施工设计。本项目管道须穿越的小鸦公路为新建公路，上部为近期填筑土，较为密实，下部为第四系粉质黏土，硬塑。本段管线开始设计布置在小鸦路填土中下部，但填土成份复杂，多夹杂碎块石，块径为30～50cm，且施工可能会影响公路质量，因此改为利用已建下穿公路涵洞作为管道敷设通道。设计在涵洞底板浇筑混凝土支墩，间距3.0m，管道敷设后回填土方至管顶以上0.5m(断面结构如图3所示)［9］。
4结语
本项目建设工期为2018年5月16日—2019年1月15日，共计8个月，完成了全部引水敷设埋管工程并试通水，输水量达到了设计要求，取得了较好的经济和社会效益，极大缓解了宜昌市用水紧张问题。在工程设计过程中，输水工程设计应当紧密结合项目区地质、环境、长度、成本等多个条件，通过对比选择最适合方案，切忌盲目追求“高大上”而可能导致项目经济性变差。
作者:王超 任方 单位:宜昌市水利水电勘察设计院有限公司