衛(wèi)河倒虹吸樞紐工程施工導(dǎo)流設(shè)計

王海峰，梁松山，宋濤，郭江波

(1.河北工程大學(xué)水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056021;2.河北省水利工程局,河北 石家莊 050021；3.邯鄲市水利工程處,河北 邯鄲 056000)

1 工程概述

引黃入冀補淀工程屬于大型跨區(qū)域、跨流域引調(diào)水工程，是國務(wù)院于確定的172項節(jié)水供水重大水利工程項目之一。引黃入冀補淀工程既是雄安新區(qū)生態(tài)水源保障項目，也是國家戰(zhàn)略工程。按照SL252-2017的規(guī)定引黃入冀補淀工程設(shè)計等級為Ⅰ等工程，工程規(guī)模為大(1)型，設(shè)計多年平均引水量7.40億m3,每年可向雄安新區(qū)生態(tài)補水2.55億m3。工程從河南濮陽渠村黃河取水口入南湖干渠，沿渠向北穿衛(wèi)河進(jìn)入河北，引黃工程全線通過現(xiàn)有河道、溝渠輸水，全程自流至白洋淀。衛(wèi)河倒虹吸是引黃水進(jìn)入河北的控制性工程，也跨越是河北、河南分界線衛(wèi)河交叉性樞紐工程。

圖1 衛(wèi)河倒虹吸工程位置圖

衛(wèi)河倒虹吸位于引黃入冀補淀工程(河南段)總干渠的末端，濮陽市清風(fēng)縣陽邵鄉(xiāng)硝河閘東360 m處，工程全長934.40 m，設(shè)計流量61.40 m3/s，設(shè)計水頭0.82 m，倒虹吸管身為箱型鋼混結(jié)構(gòu)雙線平行布置。依據(jù)所穿越衛(wèi)河兩岸堤防的級別確定倒虹吸工程為2級建筑物，防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇洪水設(shè)計，100年一遇洪水校核，抗震設(shè)防烈度為7度，工程合理使用年限為50年。衛(wèi)河倒虹吸導(dǎo)流建筑物標(biāo)準(zhǔn)按4級設(shè)計，相應(yīng)設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。工程由五部分組成：進(jìn)口分流段、進(jìn)口控制段、倒虹吸管身、出口控制段和出口分流段等。衛(wèi)河倒虹吸管分左、右兩側(cè)布置，兩側(cè)均為雙管線，其中左側(cè)為本次新建倒虹吸管(新管)，管身兩孔一聯(lián)，孔徑為3×3 m2。右側(cè)是已建倒虹吸管(舊管)，為2010年完工的“引黃入邯”工程修建，管身兩孔一聯(lián)，舊管在衛(wèi)河左、右岸灘地、階地段孔徑為4×4 m2，衛(wèi)河主槽段孔徑為3×3 m2。項目區(qū)段衛(wèi)河常年有水且徑流量較大，在工程位置上游約13 km處衛(wèi)河楚旺水文站，根據(jù)楚旺水文站多年水文觀測資料，該斷面多年平均流量為65.30 m3/s。

2 水文地質(zhì)

衛(wèi)河倒虹吸工程項目區(qū)為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，是半濕潤半干旱地區(qū)，主要受東南季風(fēng)影響較大。區(qū)域內(nèi)的降水在年內(nèi)主要集中在6-9月份，降水量400.20 mm，占全年降水量的71.30%，10月至次年5月為枯水季，降水量為161.00 mm，占全年降水量的28.70%。降水年際變化的主周期分別為5-9 a，變差系數(shù)Cv為0.30。

倒虹吸工程與河道交叉斷面河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，洪峰流量為2 500 m3/s。綜合上游來水情況、工程進(jìn)度、導(dǎo)流工程造價，確定主河槽段施工期為1-5月，衛(wèi)河倒虹吸施工期間導(dǎo)流建筑物采用枯水期10年一遇(1-5月份)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計流量為85.30 m3/s。

工程場區(qū)為平原型河谷地貌，衛(wèi)河兩岸由一級階地、河漫灘組成，兩岸階地上均修筑有堤防，河道寬約800 m，主河槽寬約36 m。兩岸漫灘基本對稱發(fā)育，寬約50 m，一級階地地形平坦、開闊，現(xiàn)主要是河北、河南當(dāng)?shù)匕傩崭兀氐孛娓叱?9.50～50.20 m。漫灘緊鄰主河槽，高程在42.80～43.20 m之間，主河槽河床高程約39.50 m。工程建設(shè)區(qū)地層穩(wěn)定，除人工夯實填土外均為第四系全新統(tǒng)沖積層，按地層巖性可分為3個地質(zhì)單元，①層輕粉質(zhì)壤土中，②層中、重粉質(zhì)壤土，③層粉細(xì)砂、輕粉質(zhì)壤土。根據(jù)地質(zhì)勘結(jié)果，當(dāng)?shù)氐叵滤饕强紫稘撍x存于③層粉細(xì)砂中，地下水位埋深介于8.16～16.90 m之間。該區(qū)地下水主要靠地下徑流和衛(wèi)河水補給，并以地下徑流形式排泄。地下水與地表水有水力聯(lián)系，年變幅一般在0～3 m。場區(qū)賦存有上層滯水，埋深約8.00 m，水位高程約41.20 m，賦存于①層輕粉質(zhì)壤土中，②中、重粉質(zhì)壤土為隔水層，富水性差，主要受大氣降水補給。施工期間為保證工程質(zhì)量和干場作業(yè)，需在基坑內(nèi)采取降排水措施。

3 施工導(dǎo)流設(shè)計

3.1 方案設(shè)計

根據(jù)施工進(jìn)度安排，施工期為1-5月的枯水期，相應(yīng)設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為枯水期10年一遇，設(shè)計洪峰流量為85.30 m3/s。綜合考慮當(dāng)?shù)氐乃?、地質(zhì)、樞紐布置、施工方案、工期以及工程投資等因素，依據(jù)河道現(xiàn)狀在主河床內(nèi)擴(kuò)挖子槽分期導(dǎo)流。設(shè)計采用全斷面一次性截流，截流前分別在兩岸漫灘地開挖導(dǎo)流明渠，上下游各設(shè)圍堰一道，截流同時導(dǎo)流明渠通水。在一個非汛期內(nèi)兩次開挖導(dǎo)流明渠完成導(dǎo)流，導(dǎo)流平面布置詳見圖2。

圖2 衛(wèi)河倒虹吸導(dǎo)流方案示意圖

3.2 導(dǎo)流明渠設(shè)計

導(dǎo)流明渠進(jìn)出口布置在上下游圍堰以外20 m處，導(dǎo)流明渠采用枯水期10年一遇標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計洪峰流量85.30 m3/s。1、2期導(dǎo)流明渠長度均為300 m，明渠設(shè)計進(jìn)口高程39.65 m，出口高程39.50 m，明渠底寬15 m，左右岸邊坡系數(shù)1∶1.50，詳見圖3、圖4。為避免水流流速變化對渠底產(chǎn)生淘刷，導(dǎo)流明渠進(jìn)口和主河槽交叉段人工拋石墊底，拋石厚50 cm，范圍見圖2。導(dǎo)流渠和河槽拐角處坡上鋪設(shè)土工膜，土工膜上襯砌12 cm厚C20混凝土，襯砌范圍為主河槽和明渠進(jìn)口處拐角每側(cè)2 m。

圖3 導(dǎo)流明渠結(jié)構(gòu)形式圖

為保障邊坡穩(wěn)定和防止水流對岸坡的淘刷，1、2期導(dǎo)流明渠全線坡、底鋪設(shè)土工膜，渠底、坡鋪設(shè)土工膜前開挖溝槽50 cm×50 cm，鋪膜后壓C20溝槽混凝土，每10 m設(shè)置一道，詳見圖4。

圖4 現(xiàn)場照片圖

3.3 防滲設(shè)計

為防止圍堰滲水進(jìn)入基坑，圍堰距離基坑開挖開口線>30 m。為防止明渠滲水進(jìn)入基坑，對基坑側(cè)明渠邊坡、渠底進(jìn)行混凝土襯砌，襯砌范圍為在倒虹吸管身軸線東西各30 m。襯砌采用12 cm厚C20混凝土，橫向、縱向每4 m留伸縮縫，縫內(nèi)填閉孔塑料板，縫表面用密封膠密封。

3.4 圍堰及交通橋設(shè)計

基坑上下游各設(shè)橫向圍堰一道，1、2期導(dǎo)流在順?biāo)鞣较蛑骱硬垡粋?cè)分別設(shè)置縱向圍堰一道。設(shè)計上下游圍堰、縱向圍堰頂部高程43.50 m，圍堰高4 m,頂寬5 m，上下游圍堰邊坡迎水面為1∶3，背水面為1∶2。利用原主河槽廢棄橋墩作為明渠交通橋橋墩，對廢棄橋墩加固加高，橋面鋪設(shè)28#槽鋼背焊，沿橋面每30 cm鋪一道，橋面寬5 m鋪設(shè)鋼板，左右兩側(cè)焊制鋼欄桿。

3.5 導(dǎo)流施工

衛(wèi)河倒虹吸工程施工安排在一個枯水期內(nèi)完成全部工程。灘地導(dǎo)流明渠的開挖從中間向兩端進(jìn)行，工程機械采用1 m3挖掘機挖掘，50型裝載機推至指定存土場待回填?；由舷掠尉鶠橥临|(zhì)圍堰，圍堰填筑采用明渠或基坑的開挖土料，從衛(wèi)河兩岸沿圍堰軸線方向同時進(jìn)占填筑，用1 m3挖掘機挖裝，自卸汽車運輸至工作面，推土機攤平碾壓，另配備2.80 kW蛙式打夯機配合壓實。

4 經(jīng)驗結(jié)論

綜上所述，引黃入冀補淀工程穿衛(wèi)河倒虹吸施工導(dǎo)流設(shè)計，在掌握工程施工區(qū)域的地址、地形、水文氣象等自然特性后，結(jié)合樞紐工程總體布置、工程量、工期、工程投資等特點，特別是從工期和工程投資考慮，對工程分期實施計劃并進(jìn)行分期施工導(dǎo)流設(shè)計。①衛(wèi)河在華北地區(qū)屬于為數(shù)不多的常年有徑流的河流，10年一遇枯水期洪峰流量85.30 m3/s，工程施工必須進(jìn)行導(dǎo)流。②采用分期導(dǎo)流方式、兩期導(dǎo)流方案，利用二級灘地開挖明渠導(dǎo)流，節(jié)省了導(dǎo)流工程量，降低了導(dǎo)流費用，并且分析導(dǎo)流的重點難點，在承擔(dān)部分風(fēng)險的前提下，對圍堰、導(dǎo)流明渠進(jìn)行土工膜、混凝土襯砌防滲施工，為主體工程的施工提供有利條件。③工期和工程投資是整個樞紐工程的主要影響因素，結(jié)合工程實際情況，合理安排施工工序、工期，加大主體工程的施工強度，既要保證工期，又要保證工程質(zhì)量，各參建單位從技術(shù)風(fēng)險和非技術(shù)風(fēng)險兩方面入手，對原材料、設(shè)備、人員、工序、安全等方面進(jìn)行控制和監(jiān)督。④通過質(zhì)量競賽、物質(zhì)獎勵等方式，集中全工區(qū)力量打殲滅戰(zhàn)，確保主體工程施工目標(biāo)的完成，為其他類似工程導(dǎo)流設(shè)計施工提供了經(jīng)驗，可供借鑒。