7.6 清水输水工程
7.6.1 工艺设计
7.6.1.1 设计原则
配水工程工艺设计原则内容同7.4.1.1节。
7.6.1.2 管道管材比选
（1）配水工程的管材在水力条件、物理性能、投资成本、综合性能等方面的分析内容同7.4.1.2节。
（2）配水管道推荐管材。本工程自净水厂至管网接入点段配水管线长约9.1km，两点间净高差约76m，考虑供水管道的安全系数，由计算可知，该段管线承压为1.6MPa。①由于钢管材料价格较贵而且需要防腐措施，接口需要特殊处理，安装及后期维护难度较大；②PE管价格较贵，并且对安装要求较高，本工程沿线较多岩石，容易对PE管外壁造成破坏；③综合考虑管材造价、综合性能、水力条件等各种因素，暂推荐净水厂至市政管网接入点的配水干管管道采用球墨铸铁管，在穿路、穿河、架渠、明铺架桥等特殊地段采用安全性较高的钢管。
7.6.1.3 单双管选择
配水管线的数目应根据工程所要求的保证程度经过技术经济比较来确定。
净水厂至市政管网接入点之间地形高差约76m，由水力计算可知，该段管线可采用重力自流方式输水，净水厂至市政管网接入点段输水管线先沿水南线公路敷设后沿南圣河护堤的堤脚处敷设。根据多次现场查勘，五指山市主道路南水线公路两侧均敷设有军事和通信光缆，且道路两岸地形较陡，若采用双管敷设施工不方便，且根据设计计算，在满足供水要求的条件下，单管方案总投资低于双管方案总投资，且施工占地较小，有利于工程前期征地协调，便于施工，有利于施工顺利进行；另一方面该段输水管线属于配水干管，随着供水区域增大，远期根据规划新增配水干管。
7.6.1.4 管道设计流量
为了满足城市最大时用水要求，配水管线的设计流量需考虑时变化系数，时变化系数一般在1.2～1.6之间，综合考虑工程所在地用水规模及城市规模，本工程时变化系数取为1.4，近期设计规模按1.5万m3/d（0.174m3/s），净水厂至市政管网接入点的输水管线长度约为9.1km，则配水干管设计流量为2.1万m3/d（0.243m3/s）。
7.6.1.5 管道水力分析
合理确定重力配水管道的直径，对保证管路系统的正常供水及降低工程投资有着十分重要的意义。供水管道的直径与输水流量的大小有关。当流量一定时，随着管径的增大，管路阻力损失减小，但管道造价会相应增加。相反，管径减小，虽可降低管道造价，但管路的阻力损失增大。
净水厂至市政管网接入点配水主管线总体呈下降的趋势，起点地面标高约为395.0m，终点地面标高约为319.0m；起点与终点之间地面高差约76m，配水管线总长约9.1km。本供水工程配水干管设计流量时变化系数为1.4，设计输水能力为875m3/h（0.243m3/s）。对净水厂至市政管网接入点在相同流量同一敷设情况下不同管径的流速进行对比分析，见表7.6-1。
表7.6-1 净水厂至市政管网接入点重力流管道不同管径的流速分析表
净水厂至市政管网接入点之间有76m的净高差，为了满足市政管网接入点末端具有40m以上富裕水头的要求，并综合考虑管道敷设的经济性，由表7.6-1中总水头损失计算结果可知，本工程净水厂至市政管网接入点的配水干管管径推荐为DN500。
五指山河取水口至市政管网接入点之间各段输水管道的设计流量及管径见表7.6-2。
表7.6-2 五指山河取水口至市政管网接入点各段输水管道的设计流量及管径
7.6.1.6 管道附属设施
管道附属设施包括检修阀、放空阀、进排气阀等，结合地形地势条件，检修阀和进排气阀结合布置。根据供水管道设计规范和运行维护规程，本工程的配水主管线沿线主要设有以下附属设施。
净水厂至市政管网接入点之间的配水管线沿线共设置18个DN100的进排气阀。
管道附属构筑物主要包括进排气阀门井、检修阀门井、放空阀门井、镇墩等。初拟单管阀门井采用砖砌圆形结构，多管阀门井采用钢筋混凝土矩形结构；镇墩采用钢筋混凝土结构。
7.6.1.7 水锤防护措施
本段配水管道工程水锤防护措施同7.4.1.7输水管道工程水锤防护措施，具体关键部位恒速缓冲空气阀设置及末端控制阀关闭规律，须待下阶段进行深入计算后根据计算结果确定。
7.6.2 管道防腐
本供水工程的配水线路管道主要采用球墨铸铁管，在穿路、穿河、架渠、明铺架桥等特殊地段采用安全性较高的钢管，阀井内和放空阀管采用钢管，阀井和管理房主要是钢筋混凝土结构。
配水线路主管道球墨铸铁管及钢管的内、外防腐同7.4.2节内容。
7.6.3 土建设计
7.6.3.1 管线地质概况
地下敷设管线沿线地层主要为坡积土层，上部0.5m左右为耕植层，下面以砂质黏土为主，夹少量未完全风化的岩块。坡积土层承载力标准值80～100kPa，全风化花岗岩承载力标准值250～300kPa。
管桥主要沿南圣河左岸公路侧布置，南圣河河床宽度10～25m，河谷距离岸边深度10m左右，河床为冲洪积砂卵石层与直径较大的漂石，砂卵石层厚度5m左右，下覆地层为花岗岩，其中全风化花岗岩厚度3～10m，平均厚度约6m。砂卵石层地基承载力按200kPa考虑。穿路管涵地质条件为岩石。
7.6.3.2 管道基础
直埋式穿越的输水管道采用明挖方式施工，管道顶部埋深初步拟定平均1m，局部可能具体应结合地面高程和管道中心设计高程确定。基础砂砾石地基临时开挖边坡1∶0.5，土方地基1∶1，岩石地基开挖采用垂直开挖。管道基础采用120°砂弧基础，砂弧基础厚度不小于20cm。
7.6.3.3 管道横断面设计
1.沿五指山河岸边管道土建设计
管线自取水枢纽进水间至五指山与七指岭河交汇处线段布置位置在五指山河的左岸。布置的位置一方面要满足重力流的水力条件，另一方面还要避开河道主流、减少冲刷、贴近岸边，还要结合地形，土建工程量尽可能小。
管线采用开挖沟槽回填的地下埋设方式，但由于该段沿河岸布置，必须充分考虑河道冲刷对管道的影响，因此，该段开挖断面临河侧修建浆砌石挡土墙进行防护，回填面顶部采用浆砌石护坡防护，护坡厚度0.4m，下部碎石垫层回填。浆砌石挡土墙基础设置防滑凸榫，基础埋置深度满足防冲刷要求，参照《室外给水设计规范》（GB 50013—2006），埋置深度为冲刷深度下至少1m，本工程设计为1～1.5m。
该位置现阶段缺乏可靠的岸边冲刷深度计算的详细资料，参照《南圣河防洪整治工程（市区至水南段）初步设计报告书》（海南宏生勘测设计有限公司，2010.05）岸边冲刷深度1.35m，因此本工程设计要求挡土墙埋置深度在河床以下2.5m左右。
2.沿军民渠设计（沿河侧和沿渠侧）
管线接军民渠渠首后先沿军民渠在渠入山处（桩号Kc3+371）敷设，以后则沿入山军民渠到军民渠压力前池、再经山间地埋到水厂（简称全部沿渠方案）。
（1）河侧渠管道土建设计。军民渠渠首至渠入山处（桩号Kc3+371）之间部分在南圣河左岸侧（简称河侧渠），部分沿公路山体侧布置（简称山侧渠），军民渠入山处（桩号Kc3+371）之后均为沿山体侧布置。
沿渠布置管道有在渠中间和渠边墙两种方案，布设在中间减少了对边墙的影响，但架设管道支架较复杂，需架设混凝土或钢结构横梁，且中间修建镇墩阻断过流。布置在边墙不需要架设横梁，修建镇墩容易，但对边墙影响大，且部分镇墩的布置场地可能偏小，需要采取其他措施。现阶段，经综合考虑，选择管道布设于渠道边墙之上。
沿河侧渠间距8～10m修建混凝土支墩，管道架设于支墩之上，支墩横向宽度1.2m，顺渠向宽度0.8m，高出渠顶0.5m左右。支墩处原渠浆砌石边墙拆除，支墩修建好后修复破损墙段。支墩与渠基间设砂浆锚杆（插筋）连接，每支墩设4根φ20mm钢筋。
水南公路与渠道边墙间每20m左右设人行交通板，板宽1.2m，供检修使用。
（2）山侧渠管道土建设计。山侧渠管道同样不宜布置在渠道中间位置，设计考虑采用地下敷设方式。
根据渠道边墙与公路间的距离采用不同的敷设方案，如果渠道边墙与公路间的距离很近，不能满足正常的沟槽开挖回填要求，则将渠道边墙和路侧防护墙均拆除重建，拆除后按要求布设供水管道，再在两侧重建浆砌石防护墙，一方面保证渠道正常过流，另一方面保证公路边坡安全，必要时扩宽渠道断面。
如果渠道边墙与公路间的距离较宽，能够满足正常的沟槽开挖回填要求，则仅按照常规埋地要求进行沟槽开挖和回填。
3.沿路地埋设计
管线接军民渠渠首后先沿军民渠在渠入山处（桩号Kc3+511）再沿水南公路、牙南上村上山公路至水厂（简称先渠后路方案）。为减少对交通的影响，只能在公路的一侧布置，现场查勘表明，公路临河侧开挖后将破坏路肩、路基防护挡墙等，因此管线设计一直沿水南公路山体侧布设。
沟槽开挖暂定宽度3.3m（根据施工条件必要时减少开挖宽度），现场查勘表明，路基基本为岩石地基，因此沟槽采用垂直开挖。管道基础采用粗砂回填，中上部采用符合要求的原土或中、粗砂、碎石屑等。路基基层部分按要求进行铺设碾压，对路面重新恢复。
4.常规埋地设计
依据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268—2008）关于柔性管道沟槽开挖回填的要求，管道弧底基础采用中粗砂回填，上部管道两侧采用符合要求的原土或中、粗砂、碎石屑等回填，顶部采用原土分层回填、土基开挖边坡1∶0.5，岩石开挖采用垂直开挖。
7.6.3.4 管道穿越设施设计
1.穿越七指岭河建筑物设计
管线在桩号Kc1+400～Kc1+461需要穿越七指岭河。设计比较了上部跨越方式和下部穿越方式，上部跨越形式采用管桥，管桥具有水头损失小、开挖量小、施工方便、检修方便等优点，但管桥采用重力流方案其高度不能太高，根据计算分析，重力流要求的管桥高度将严重影响七指岭河过流和行洪，因此推荐采用倒虹吸方案。
倒虹吸采用管道直埋方式，管道基础回填料及回填压实要求与常规地埋方式基本相同。为保证管道安全，管道上下游侧和基础底部均采用浆砌石防护。管基下浆砌石底宽3.0m，挡土墙底部宽度2.8m，高度3.7m，河床开挖面干砌块石回填，厚度0.5m。浆砌石基础埋深为河床冲刷线高程以下1.2m。
倒虹吸工程冲刷深度一般采用河床自然演变冲刷，而自然演变冲刷还没有可行的公式，需要搜集分析相关资料等。七指岭河倒虹吸距离爱岛桥较近，河床冲刷深度公式采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C 30—2002）7.3条进行估算。现阶段还没有可靠的河道断面、河道泥沙等详细资料，因此，只能粗略估算。
（1）河槽部分桥下一般冲刷计算公式采用简化式，即
式中 hmax——一般冲刷后最大水深，m；
A——单宽流量集中系数；
Q 1——计算断面的天然河槽流量，m3/s；
Q 2——桥下河槽通过的流量，m3/s；
B 1、B2——单宽，m；
μ、λ——系数，可查表得到。
（2）当桥下河槽不能扩宽时，桥下河槽流量为
式中 Qc——天然河槽流量，m3/s；
Qs——桥孔流量，m3/s；
——天然状态下，桥下河滩流量，m3/s。
经初步估算，河床一般冲刷深度为3.0m，浆砌石基础埋深4.2m，满足规范要求。
2.横穿越水南公路设计
沿线管线穿越水南公路多处，由于路基为岩石，无法采用顶管施工，只能采用破路施工，沟槽采用垂直开挖。地形条件允许时修建临时道路，不允许时则选择半幅施工。
该方案采用钢筋混凝土圆管涵（倒虹吸），长度10m左右，混凝土管内布置供水钢管，混凝土管壁厚15cm，混凝土管与供水管道间用素混凝土灌浆回填，回填厚度25cm。沟槽开挖暂定宽度3.3m，管道周围采用符合要求的原土或中、粗砂、碎石屑等。路基基层部分按要求进行铺设碾压，对路面重新恢复。
3.穿越部分河（沟）建筑物设计
在水厂与管道接入点间有四处跨河（沟）建筑物，具体桩号：K0+748～K0+831、K4+070～K4+167、K7+270～K7+350和Kc4+144～Kc4+196。
现阶段尚缺乏河沟的水文地质资料，由于河沟两侧均为常规地埋方式，因此采用管桥方案是可以满足重力流供水方式的，而河沟大部分时段无水，采用管桥方案施工方案、检修方便、水头损失小，暂考虑采用管桥跨越方式。
桥墩采用混凝土双排架结构，对较低的（不大于5m）采用混凝土圆柱桥墩，基础均为混凝土扩大基础，基础埋深为河床冲刷高程以下1～1.5m。
管桥设计采用《自承式平直形架空钢管》（国家建筑标准设计图集05S506-1）相关规定。
7.6.3.5 管道镇墩、阀门井等土建设计
管道在水平或垂直方向转弯处、三通处、管端盖板等处均会产生推力，应设置镇墩。镇墩设置在管道转弯处、斜坡道上等地方，全部做成重力式，利用自重来维持本身的稳定。镇墩分竖向镇墩和平面镇墩，采用混凝土结构，镇墩混凝土强度等级为C25。与管子的连接采用全包封闭式，将刚性接头包置于镇墩内，沿线共设镇墩约175个。
沿线共设各类阀门井约122个，阀门井采用全地下的现浇钢筋混凝土结构型式，混凝土强度等级为C25。阀门井底部采用C15素混凝土垫层，顶部预留人孔，井盖选用φ80左右铸铁井盖。
在运行期，工程的主要任务是供水，运行期能耗主要来自生产（包括原水净化处理、水闸引水）、运行维护、管理各个环节。应对各耗能设备运行制定相应的能源管理措施和制度，降低能耗。要注意监视设备的状况，提前做好安排，及时检修。设备维护过程中，通过合理的组织，减少检修次数、检修时间，保持设备的良性状态，提高设备的年运行时间。