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    南水北調(diào)中線工程潁河渠道倒虹吸導流設計

    2015-08-19 07:05:00郝玉鵬聶義波張明恩河南省水利勘測設計研究有限公司
    河南水利與南水北調(diào) 2015年13期
    關(guān)鍵詞:第三系潁河明渠

    □郝玉鵬 □聶義波 □張明恩(河南省水利勘測設計研究有限公司)

    0 引言

    潁河為南水北調(diào)河南段交叉河流中為數(shù)不多的幾條大河之一,設計導流流量119m3/s,窄深式河道。河床底部為透水性極強的卵石層,并且存在承壓水。設計中比選了多種導流和排水方案,本文中為對比分析后的最終方案。實施過程中導流工程嚴格按設計施工,目前南水北調(diào)禹州和長葛段已順利通水。本文主要介紹潁河倒虹吸的施工設計及根據(jù)實施過程中遇到的問題對施工設計的反思。

    1 工程條件

    1.1 概況

    潁河渠道倒虹吸為南水北調(diào)中線一期工程禹州和長葛段總干渠與潁河交叉建筑物,位于河南省禹州市西北約3km處,建筑物全長452m。潁河渠道倒虹吸為決定禹州和長葛段工期的關(guān)鍵工程,而導流工程又決定了潁河渠道倒虹吸工程能否如期施工完成。

    1.2 地形地貌

    潁河為一常年有水河流,自北西向南東流經(jīng)本區(qū),河谷呈“U”形,深切達13m左右。河床寬度80~110m,兩岸高出河床7~13m,水量受上游白沙水庫和紙坊水庫控制。

    1.3 氣象水文

    潁河所在地區(qū)屬溫帶季風氣候區(qū),施工期流量水位關(guān)系見表1。

    表1 河道施工洪水(非汛期10-5月)成果表

    1.4 地質(zhì)

    場區(qū)地層主要有上第三系中新統(tǒng)洛陽組軟巖和第四系松散物構(gòu)成,與導流設計密切相關(guān)的地層為②alQ24卵石、③alQ14重粉質(zhì)壤土、④alplQ3黃土狀中粉質(zhì)壤土、⑤alplQ3黃土狀重粉質(zhì)壤土、⑥N1L泥礫巖、⑦N1L礫巖、⑧N1L粘土巖、⑨N1L砂巖、⑩N1L礫巖。

    地下水為第四系松散土類孔隙潛水、上第三系碎屑巖類孔隙、裂隙水潛水和承壓水。第四系松散土類孔隙潛水主要賦存于河床卵石層(Q14)中,該含水層厚2.00~7.55m。上第三系碎屑巖類孔隙、裂隙潛水主要賦存于上第三系上層礫巖含水層中,該層厚2.50~7.00m,潛水位113.00~114.05m,埋深7~12m。上第三系碎屑巖類承壓水主要賦存于上第三系砂巖中,該層厚8.20~25.65m,水位高程113.40~114.18m,較潛水位高0.10m左右。

    2 施工導流

    2.1 導流標準

    潁河渠道倒虹吸工程為1級建筑物。按《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL303-2004)中的導流建筑物級別劃分表,圍堰保護對象為1級永久建筑物時,導流建筑物為4級,對應的導流標準為10-20a一遇洪水,為降低導流工程投資,采用10a一遇洪水。

    潁河下游靠近禹州市設有橡膠壩一座,擔負著禹州市生活和工業(yè)供水,施工期間考慮橡膠壩的回水影響。本工程導流時段為枯水期10-5月,導流設計流量Q=119m3/s,建筑物軸線交叉斷面相應水位為115.78m。

    2.2 導流方案

    根據(jù)水文、地形及建筑物特性,采用土石圍堰保護渠道倒虹吸施工,明渠導流,導流時段為枯水期10-5月。

    一期在右岸開挖導流明渠,并在倒虹吸上、下游填筑全斷面斷流圍堰,施工河槽段7~22節(jié)管身及河道整治工程,第二年汛前拆除圍堰,恢復原河床,并填筑除二期工程需要開挖的部分之外的導流明渠,汛期施工進口段。然后施工管身1~6節(jié)及退水閘段,右岸施工完后將工地轉(zhuǎn)移至左岸,施工管身23~28節(jié)及出口段。

    退水閘施工采用U型圍堰封堵出口。

    2.3 導流建筑物設計

    根據(jù)渠倒虹的特點,圍堰布置在管身段上下游開挖邊界線外約15m。上下游擋水圍堰按非汛期10a一遇的標準設計。導流明渠渠底位于管身2~3節(jié)之間,管身2~3節(jié)基面高程為112~108m,導流明渠渠底高程114m,開挖導流明渠不會破壞工程。導流明渠下游結(jié)合了退水閘的位置,節(jié)省了導流明渠開挖量,減少了導流工程投資。

    2.4 施工排水

    根據(jù)水文地質(zhì)條件,本區(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙潛水、上第三系孔隙裂隙潛水和上第三系孔隙裂隙承壓水,施工時排水任務較大。一是潛水:潁河常年有水,地下水位高程112.87~113.25m。河床內(nèi)為卵石層,層厚2.00~7.55m,滲透系數(shù)5.8×10-1cm/s,其下為隔水層粘土巖。為確保工程順利實施,需要進行基坑防滲,通過方案比較采用高噴灌漿。二是承壓水:承壓水主要賦存于上第三系砂巖中,倒虹管身段建基面高程96.70m,大部分座落在該層上,該層滲透系數(shù)為4.15×10-3cm/s,承壓水位高程113.40~114.18m。為確保工程順利實施,在基坑開挖前采用深井抽排法降低承壓水的壓力,使承壓水位降至96.70m高程以下時,方可開挖砂礫巖層。

    3 對潁河導流設計的反思

    由于潁河河槽是窄深型,如為減少上游河道壅高,導流明渠勢必要開挖很深,導流明渠開挖及回填的工程量非常大,經(jīng)計算此方案導流部分投資達上千萬。最終選擇的抬高導流明渠方案雖然大大減少了導流部分投資,然而上游水位卻相應抬高,實際施工過程中上游淹沒賠償費用也有較大增加。因此對于窄深型河槽的施工導流不僅要考慮工程投資,還須結(jié)合占地征遷的影響使得導流方案最佳。

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