小清河復(fù)航工程濱州段倒虹工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

紀(jì)詩(shī)聞

（青島市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,山東 濟(jì)南 250013）

1 項(xiàng)目概況

小清河復(fù)航工程濱州段位于山東省濱州市鄒平縣和博興縣境內(nèi),受復(fù)航影響的倒虹有5 座,分別為魏橋倒虹、西碼頭倒虹、胡樓干渠倒虹、道旭過(guò)清倒虹、一干過(guò)清倒虹,均為穿越小清河的引黃灌溉倒虹。以上5 座均建成于20 世紀(jì)80 年代,倒虹本身存在洞身破損、止水失效、滲漏嚴(yán)重等情況；航道開(kāi)挖后,航道底高程降低較大,穿河洞身將高于復(fù)航后的河底高程；道旭倒虹、一干過(guò)清倒虹處河道采用直立式擋墻護(hù)坡,擋墻緊靠大堤堤腳,將會(huì)破壞倒虹兩岸進(jìn)出口及連接段。綜合以上情況,擬對(duì)濱州段涉及的5 座倒虹在原址進(jìn)行重建。

濱州段倒虹結(jié)構(gòu)基本類似,倒虹自上至下依次為進(jìn)口連接段、進(jìn)口閘室段、洞身段、出口控制段、出口連接段。

2 施工特點(diǎn)

倒虹工程橫跨小清河主河槽,施工期導(dǎo)流問(wèn)題較為突出,且倒虹擔(dān)負(fù)著供水任務(wù),施工期間需同時(shí)滿足供水任務(wù)不中斷要求,為確保施工期間供水任務(wù)不中斷,倒虹拆除前需修建完臨時(shí)供水設(shè)施,以滿足施工期間調(diào)水需求。因此本工程具有施工難度大,任務(wù)重,難以在一個(gè)非汛期內(nèi)完成,施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)。

3 工程條件

3.1 水文氣象

小清河流域?qū)偃A北暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型大陸性氣候,年內(nèi)四季分明,溫差變化較大。冬季多東北風(fēng)和西北風(fēng),寒冷干燥,降水量稀少；夏季高溫炎熱,多東南風(fēng)和西南風(fēng),冷暖空氣活動(dòng)較頻繁,為暴雨洪水主要發(fā)生期。流域內(nèi)較大的暴雨洪水多發(fā)生在7月、8月。

小清河多年平均降雨量為641.5 mm,主要集中于汛期（6月～9 月）,多年平均開(kāi)始封凍日期為12 月23 日,多年平均最后開(kāi)河日期為2 月3 日,多年平均實(shí)際封凍天數(shù)為14 天,歷年最大冰厚為0.20 m。小清河流域多年平均日照總時(shí)數(shù)達(dá)到2700 h左右,多年平均氣溫12.6℃,極端最高氣溫42.8℃,極端最低氣溫-25.1℃,歷年最大風(fēng)速22 m/s,最大凍土深度為55 cm,多年平均水面蒸發(fā)量為1000 mm～1200 mm,無(wú)霜期在200 天以上。

3.2 地形、地貌與工程地質(zhì)

小清河流域地形復(fù)雜,屬于山丘平原混合型。南部為低山丘陵區(qū),除魯山海拔為1108 m外,其余均系800 m以下的低山丘陵。各支流下游至小清河干流之間主要由山前沖積洪積扇和黃河沖積平原組成。地勢(shì)由南向北傾斜,地面坡降由1/500 逐漸減小為1/1500～1/3000。

工程區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)地層,主要巖性特征為沖積層,其巖性為粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、粉細(xì)砂、細(xì)砂、黏土。

4 施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

4.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》[1],并考慮導(dǎo)流建筑物保護(hù)對(duì)象、失事后果、使用年限及工程規(guī)模確定本工程導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4 級(jí),相應(yīng)的土石結(jié)構(gòu)導(dǎo)流建筑物洪水重現(xiàn)期范圍為20 年～10 年,考慮到導(dǎo)流建筑物失事后僅對(duì)建筑物的施工產(chǎn)生影響,確定導(dǎo)流建筑物采用10 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 導(dǎo)流時(shí)段

本工程所處流域內(nèi)年降水量集中在汛期,需要滿足防汛調(diào)度的要求,為避免阻礙行洪,受水位影響的主體工程安排在非汛期完成,根據(jù)工程規(guī)模和施工進(jìn)度的安排,同時(shí)結(jié)合導(dǎo)流流量計(jì)算成果,考慮到非汛期的10 月和5 月屬于汛前和汛后的過(guò)渡期,常有較大洪水,確定施工導(dǎo)流時(shí)段為非汛期的11 月～次年4 月。

4.3 導(dǎo)流方式

5座倒虹采取的施工導(dǎo)流方式為分期導(dǎo)流,均采用一次攔斷河床的明渠導(dǎo)流方式?？紤]到5 座倒虹工程施工期間還需要繼續(xù)承擔(dān)現(xiàn)狀灌區(qū)供水任務(wù),故拆除重建前需修建臨時(shí)供水倒虹,替代施工期間原倒虹的供水任務(wù)。因此,倒虹工程安排于兩個(gè)非汛期內(nèi)完成,第一個(gè)非汛期主要施工臨時(shí)供水倒虹,第二個(gè)非汛期主要施工5 座跨河倒虹工程。

1）臨時(shí)供水倒虹

為確保濱州段5 座倒虹施工期間供水任務(wù),倒虹拆除前需修建完成臨時(shí)供水倒虹,以滿足施工期間調(diào)水需求。

本工程供水倒虹擬采用在現(xiàn)狀的倒虹上游或下游修建臨時(shí)供水管涵或箱涵方式,魏橋倒虹工程和西碼頭倒虹工程設(shè)計(jì)流量分別為10 m3/s、5 m3/s,設(shè)計(jì)流量相對(duì)較小,擬采用臨時(shí)供水涵管方案,進(jìn)口和出口與原渠道相連。胡樓干渠倒虹工程、道旭過(guò)清倒虹工程及一干過(guò)清倒虹工程設(shè)計(jì)流量分別為35 m3/s、15 m3/s、20 m3/s,設(shè)計(jì)流量相對(duì)較大,擬采用臨時(shí)箱涵倒虹方案,進(jìn)口和出口與原渠道相連,5 座臨時(shí)供水涵管和倒虹進(jìn)口與出口均設(shè)進(jìn)出口閘與原供水工程連接。

采用此方案修建的臨時(shí)供水倒虹不再拆除,可作為以后永久倒虹備用檢修工程,臨時(shí)供水倒虹施工前需在主河槽修筑圍堰,一側(cè)灘地開(kāi)挖導(dǎo)流明渠的導(dǎo)流方式。

臨時(shí)供水倒虹先期安排在第一個(gè)非汛期11 月~1 月,完成主河槽段臨時(shí)供水涵洞,施工前在小清河主河槽內(nèi)的臨時(shí)供水涵洞上下游修筑圍堰擋水,利用左岸開(kāi)挖的導(dǎo)流明渠下泄上游來(lái)水。

由于臨時(shí)導(dǎo)流明渠布置在左岸,明渠過(guò)水期間,其下部涵洞無(wú)法實(shí)施,左岸臨時(shí)供水涵洞工程施工只能安排在非汛期2 月~4 月,施工期來(lái)水通過(guò)小清河主河槽泄流。

2）永久倒虹工程

永久倒虹工程施工前也需在主河槽修筑圍堰,采用明渠導(dǎo)流方式。具體導(dǎo)流措施與臨時(shí)涵管基本相同。

第二個(gè)非汛期11 月~1 月,先施工主河槽段及左側(cè)部分倒虹,在主河槽段倒虹上下游修筑圍堰擋水,利用右岸開(kāi)挖的導(dǎo)流明渠下泄小清河上游來(lái)水,同時(shí)5 座倒虹施工時(shí)需在進(jìn)出口位置修筑擋水圍堰,防止渠道水倒灌基坑,5 座倒虹下游供水需求均通過(guò)新修建的臨時(shí)供水設(shè)施調(diào)水。

第二個(gè)非汛期2 月~4 月,主要施工河道右側(cè)部分倒虹及進(jìn)出口部分閘門的施工,施工期小清河內(nèi)的水通過(guò)主河槽下泄上游來(lái)水。

5 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

1）圍堰斷面設(shè)計(jì)

5 座倒虹工程臨時(shí)涵管第一個(gè)非汛期一期上下游圍堰堰體全部采用土圍堰填筑,堰頂頂寬3.0 m,迎水面、背水面水上部分邊坡均為1∶2.0,水下邊坡為水中倒土自然坡,約為1∶4。為防止迎水面風(fēng)浪沖刷破壞圍堰邊坡及堰體,迎水面鋪設(shè)兩布一膜復(fù)合土工膜防護(hù)。上游護(hù)面采用編織袋裝土護(hù)砌,厚度為0.3 m。

根據(jù)本工程確定的導(dǎo)流方式,各倒虹主體工程施工需要考慮灌溉期引水問(wèn)題,進(jìn)出口閘門拆除后,為防止進(jìn)出口渠道內(nèi)的水倒灌基坑,需在進(jìn)出口修筑擋水圍堰,圍堰采用編織袋裝土壘砌,圍堰底高程按現(xiàn)狀渠道渠底高程為準(zhǔn),圍堰擋水位按引黃渠道調(diào)水位控制,考慮到安全超高0.5 m后作為圍堰頂高程,堰頂寬3.0 m,迎水坡、背水坡邊坡均為1∶0.5,迎水面鋪設(shè)兩布一膜復(fù)合土工膜防護(hù)。

2）導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算,導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1,導(dǎo)流明渠開(kāi)挖頂高程按現(xiàn)狀平均灘地高程控制。

表1 導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)指標(biāo)表

3）臨時(shí)供水設(shè)施設(shè)計(jì)

臨時(shí)供水倒虹功能主要是為了滿足主體工程倒虹施工期間調(diào)水,不因施工中斷輸水,且作為以后的主體倒虹維修備用,該臨時(shí)供水設(shè)施設(shè)計(jì)需考慮小清河航道擴(kuò)挖后斷面底高程,不影響以后通航,還需滿足原倒虹輸水流量,綜合以上信息,臨時(shí)供水設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)模采用永久建筑物規(guī)模。

魏橋倒虹工程及西碼頭倒虹工程臨時(shí)設(shè)施采用臨時(shí)涵管方案,魏橋臨時(shí)涵管直徑采用Φ2.0 m雙管,西碼頭臨時(shí)涵管直徑采用Φ2.0 m單管。現(xiàn)狀胡樓干渠倒虹工程、道旭過(guò)清倒虹工程及一干過(guò)清倒虹工程供水規(guī)模較大,采用管道的結(jié)構(gòu)型式,造成溝槽開(kāi)挖斷面較大,且需管材較多,投資費(fèi)用較高,故臨時(shí)供水設(shè)施采用主體工程結(jié)構(gòu)相同的暗涵布置型式。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程具有施工難度大,任務(wù)重,難以在一個(gè)非汛期內(nèi)完成,施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)。根據(jù)地形、地質(zhì)條件、建筑物布置型式以及倒虹工程施工期間調(diào)水任務(wù)不能中斷的具體情況,并考慮導(dǎo)流流量的大小等諸多因素,本工程采用修建臨時(shí)供水倒虹的方案,施工導(dǎo)流分期進(jìn)行,采用一次攔斷河床的明渠導(dǎo)流方式。該導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)合理、安全、可靠,可為相關(guān)工程提供參考。