卢旺达基加利供水管网升级改造项目中的过河管道方案研究

摘要：卢旺达基加利供水管网升级改造工程涉及多条跨河供水管线设计施工。结合实际案例，对卢旺达水资源现状、地理环境、河流特点等进行分析，结合不同方案的优点和面临的挑战，研究不同过河管道方案的技术可行性，提出最优施工方法，提高供水安全性和可持续性。

1 引言

1.1 工程概况

卢旺达基加利供水管网升级改造设计施工项目是由卢旺达共和国政府向非洲开发银行和非洲共同成长基金贷款筹建的项目。目前基加利城市市政供水管网不能满足城市发展需要，并且需求缺口比较大，所以卢旺达政府才进行本项目的立项和实施，旨在提高和改善卢旺达首都基加利市的市政供水状况，增强市民的幸福感指数。

卢旺达基加利供水管网升级改造设计施工项目位于首都基加利市，该项目主要组成部分包含：设计施工管径 60mm 至 600mm 的供水管线及相关土建工作 512 千米；设计与施工7个供水泵站；设计与施工41个容量从2000立方到10000立方的蓄水池。

1.2 研究意义

供水网络升级的一个重要环节是综合考虑设计、施工，特别是跨河供水管道的设计施工，在卢旺达地区施工技术水平相对落后，合理的方案能降低施工难度，降低成本，提高管道运行可靠性是供水网络建设的一项重要内容。

2 研究区域概况

2.1 卢旺达地理与水文概况

卢旺达地形多丘陵，河流众多，降雨充沛但水资源分布不均。基加利周边的主要河流包括尼亚巴龙戈河等。

2.2 基加利供水系统现状

基加利的供水系统由一些急需升级改造的老旧管道组成，其中包括多个自来水厂、输水管道和配水管网。过河管道的建设成为供水扩容的重要任务之一。

3 卢旺达基加利供水管网提升改造项目过河管道方案分析

3.1 过河方式分类

卢旺达基加利供水管网升级改造项目有两处横穿尼亚巴龙戈河，分别为DN600铸铁管横穿，跨度为65m和DE450hdpe管横穿，跨度为80m；根据现场地理环境和条件分析，采用以下过河方式：

1.临时岛建设，半封闭河道，开挖河床，管道在水下穿越，采用钢筋混凝土外包保护。

2.采用定向打孔方式，非开挖方式进行管道穿河作业。

3.明管桥架方式，利用现有的桥梁，在现有桥梁结构上增设一些支撑，以支撑跨河管道。

4.沉管方式，预制管道沉入河底并回填保护。

3.2 不同方案的技术分析

3.2.1 明管桥架方式，利用现有的桥梁

优点是施工方便，维修方便，成本低，不足之处是对受洪水和冲刷影响较大的桥梁结构有额外荷载要求。其适用于有现成桥梁可利用的情况。

3.2.2临时岛建设方式

优点是隐蔽性高，不会妨碍河道的通航和景观。缺点是施工难度较大，需防止冲刷对管线造成的冲击，在施工过程中应注意防止冲刷造成的影响。其适用于水流缓慢的河床，河段稳定。

3.2.3定向钻进方式

优点是非开挖施工，不影响河道生态，适用于深埋管道。缺点是建筑费用高，工艺要求高。其适用于重要河流、城市河道等不宜大规模开挖的区域。

3.2.4 沉管方式

优点是建设速度快，稳定性高，适合较大跨度的河道。缺点是施工技术要求较高，且对水文条件有较严格的限制。其适用于宽阔、深水河流。

4 方案对比与优化建议

4.1 方案比选

·临时岛建设方式，施工难度高，维护难度低，造价中等，适用于河床稳定场景。

·采用定向打孔方式，施工难度高，维护难度低，造价高，适用于城市、生态敏感区场景。

·明管桥架方式，利用现有的桥梁方式，施工难度低，维护难度低，造价低，适用于有桥可利用场景。

·沉管方式，施工难度中等，维护难度低，造价高，适用于宽河、深河场景。

4.2 推荐方案

考虑到当地枯水期施工时间和“窗口期”、项目所在国家卢旺达经济发展落后、施工资源缺乏、技术落后等因素，结合基加利供水管网升级需求，针对不同河道特点进行选择，并参考业主和咨询选择过河方式进行实地考察，该项目过江管线为 HDPE-DE455 管线，项目决定采用沉管过河施工，这也是卢旺达首条采用大口径给水管线进行沉管施工。

5 施工关键技术与注意事项

5.1具体施工步骤为：过河段两边场地平整、龙门架基础浇筑→龙门架、吊绳安装→铁管焊接、架空过河→HDPE管安装→水泥浆灌注、沉管→支墩浇筑、试压。

5.1.1过河段两边场地平整、龙门架基础处理

（1）在确定好过河段施工位置后，即开始河岸两边的场地平整，需要使用挖机、装载机对施工场地进行平整，特别考虑进场道路、以及管道焊接场地平整。

（2）场地平常完成后，开挖河床两侧龙门架基础钢筋混凝土浇筑，需要注意在混凝土浇筑前，先将龙门架支柱牢固地焊接焊接在基础的钢筋上。

（3）该工序所用的主要材料和机械：挖掘机、装载机、自卸车、槽罐车、C30 混凝土、工字钢。

5.1.2龙门架、吊绳安装

（1）龙门架基础浇筑约10天后，可开始两侧龙门架工字钢焊接，以及钢绳安装，该工序需要特别注意钢绳强度一定要满足拉力要求，本项目采用的是直径24mm钢绳。

（2）该工序所用主要物资、机械：工字钢、钢绳。

5.1.3铁管焊接、架空过河

（1）避免铁管接头组对焊容易造成的缺陷，如内凹、焊瘤、未焊透等。焊接时，用 8 至 10 块定位板（200mm × 80mm × 10mm），全部布于管周，根据钢管接缝情况，组对接缝均为 4mm。保证定位时接管间同心，错边量<1.5mm，焊管板角焊缝方向一致，便于焊接定位板时取下。采用电弧焊单面焊双面成型的操作方法制作而成，焊条选用直径 3.2mm 的焊条，焊接电流为 115～125A，采用断弧穿法。施焊时，每完成一个动作过程，间隔 1.5s 左右，严格按照“中起弧，右熄弧”的原则进行（即坡口间隙中央处起弧后，焊条迅速向坡口左侧横摆，再向坡口右侧回摆，向下熄弧）。焊接时，以转动管件的方式将焊接位置调整到焊接作业的最佳状态。

（2）焊接完成后，将管道缓慢吊装至河对岸，吊装过程中需要注意根据管道吊装距离对钢绳进行收紧。

（3）该工序所用主要物资：铁管、焊机。

5.1.4 HDPE管安装

（1）HDPE 管材在焊接时必须保证热熔时间，焊缝在焊接完成后还需仔细检查，而 HDPE 管材在此过程中的焊接质量是工程施工必不可少的，由于需要对HDPE 管材和钢套管之间进行灌注水泥浆液，再进行一次修补是非常困难的。

（2）该工序所用主要物资：HDPE管、HDPE管热熔焊接。

5.1.5水泥浆灌注、沉管

（1）水泥浆配比为，水泥：水：添加剂=1：0.45：0.25。注浆方式采用泵送方式进行水泥浆灌注，需要特别注意的是在灌注前需要提前要对焊接铁管进行密封，注浆端预留法兰连接接口，末端预留出气孔/检查孔；灌注期间需要匀速缓慢灌注，同时注意观测管道下沉。

（2）该工序所用主要物资：汽车泵、罐车。

5.1.6下沉、支墩浇筑、试压

（1）水泥浆灌注后，每天观测管道下沉情况，管道稳定后，需要向HDPE管道中注满水，再进行观测，管道再次稳定后，开始进行管道连接、支墩浇筑、试压。

（2）该工序所用主要物资：C30混凝土、打压泵。

6 结论与展望