南水北調(diào)中線工程排水倒虹吸布置的優(yōu)化分析

□楊書統(tǒng) □周志平（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

一、前言

南水北調(diào)中線工程是一項跨流域調(diào)水的特大型輸水工程，沿伏牛山和太行山前平原開渠引水自流到北京、天津，穿越長江、淮河、黃河、海河四大流域，渠線全長1432km（含天津干渠）?？缜潘ㄖ锸侵讣髅娣e＜20km2的河流和坡面集水區(qū)與總干渠交叉的建筑物，一般由總干渠的左側(cè)流向右側(cè)，為河道穿越總干渠型式，也稱為左岸排水建筑物。根據(jù)河流底高程、洪水位與總干渠底高程和渠水位的關(guān)系，分為排水渡槽、排水倒虹吸、排水涵洞。其中排水倒虹吸為左岸排水建筑物中數(shù)量最多的一種型式，沿線分布廣，工程規(guī)模也是差別很大，其工程布置直接影響交叉斷面處河流的行洪能力及總干渠的安全。

二、工程概況

李村溝排水倒虹吸位于河南省平頂山市魯山縣辛集鄉(xiāng)李村東北約300m處，是南水北調(diào)中線工程總干渠與李村溝之交叉建筑物，交叉斷面以上河道集流面積3.1km2。交叉斷面處總干渠樁號為SH(3)16+857.3。交叉斷面天然狀態(tài)下50年一遇洪峰流量為105m3/s，200年一遇洪峰流量為137m3/s。工程修建后50年一遇設(shè)計流量為94m3/s，200年一遇校核流量為119m3/s，建筑物總長221.5m，場區(qū)地震動峰值加速度小于0.05g，相當于地震基本烈度小于Ⅵ度，抗震設(shè)防烈度采用Ⅵ度。

三、總體布置

排水倒虹吸的工程布置應(yīng)根據(jù)：倒虹吸管軸線在平面布置上的投影宜為直線，并宜與河流、溝渠、道路中心線正交；在滿足總干渠渠道設(shè)計斷面和不影響渠堤穩(wěn)定的前提下，管身段的水平投影長度應(yīng)盡可能短，但斜管段進出口不應(yīng)布置在堤身部位；排水倒虹吸進出口一般以八字翼墻或圓弧翼墻與天然河道相接，進出口翼墻的平面布置應(yīng)能平順引導(dǎo)水流進入涵管或便于涵管出口水流向下游河道擴散，應(yīng)采取措施避免涵管進口附近的翼墻頂部入流；排水倒虹吸設(shè)計應(yīng)考慮泥沙淤積問題，應(yīng)根據(jù)河床泥沙特性，視需要可在排水倒虹吸進口前布置攔砂設(shè)施，李村溝排水倒虹吸工程場區(qū)位于丘陵地帶，地勢北高南低,自北向南傾斜,平均地面坡降1/51.8，流域上游及溝道左岸為丘陵崗地，沖溝較深；下游及溝道右岸相對平坦?？偢汕晌髂舷驏|北流過工程區(qū)，李村溝在此呈西北～東南流向，與總干渠呈106.47°斜交。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，并盡量使建筑物長度較短，進出口流態(tài)平順等，選擇李村溝排水倒虹吸按原溝道布置，李村溝排水倒虹吸工程中心線與總干渠中心線斜交，沿水流方向交角為106.47°。

四、工程布置

為達到水力條件良好，運行可靠并滿足穩(wěn)定、防滲、防洪要求，李村溝排水倒虹吸工程主要由進口連接段、管身段、出口消能防沖段等部分組成，總長221.5m。

（一）進口連接段

進口連接段總長45m。其中靠近倒虹吸進口設(shè)20m長的水平段，底寬為7.5m，底部高程126.45m，前端以1:5的坡與溝底連接，溝底高程129.45m；為便于與兩岸聯(lián)接并改善進流條件，設(shè)有半徑為34m的圓弧翼墻，翼墻采用懸臂式擋土墻，墻頂高程133.83m；為減少清淤工作，在倒虹吸管身段前35m處布置一攔砂坎，坎頂高程為129.95m。

（二）管身段

倒虹吸中心線與總干渠中心線斜交，沿水流方向交角為106.470，水平投影總長129.5m。管身由進口斜管段、水平管段和出口斜管段三部分組成，其中進口斜管段水平投影長52.5m，進口斜管段坡度為1:6，水平管段長29m，出口斜管段長48.0m，出口斜管段坡度為1:6。倒虹吸進口底板高程126.45m，水平管段管底高程117.700m，出口底板高程125.70m。

管身在開挖基面上平鋪0.1m厚的C10素混凝土。經(jīng)水力計算，倒虹吸管管身由兩孔3.5m×3.5m的鋼筋混凝土箱涵構(gòu)成，橫向兩孔一聯(lián)。邊墻厚0.65m，中隔墻厚0.5m，底板厚度0.65m，頂板厚度0.6m。倒虹吸管身段混凝土強度等級均采用C30。為防止接觸沖刷破壞，在斜管段每段分縫處設(shè)置截水環(huán)，截水環(huán)外伸長0.5m、寬0.5m。

為防止渠道在倒虹吸段發(fā)生不均勻沉降，在管頂以上至總干渠渠底范圍回填厚1.5m的高塑性土。在管身兩側(cè)、管頂以下施工基坑范圍回填低壓縮性土，其余填筑土料同總干渠填筑土料。為保證回填土和管身接觸良好，對管身外壁涂兩道粘土泥漿。并在截水環(huán)頂部沿管身縱方向埋設(shè)土工格柵。倒虹吸管相鄰兩段之間設(shè)伸縮沉降縫，縫內(nèi)設(shè)止水，以適應(yīng)建筑物因溫度變化引起的變形和地基不均勻沉陷的影響。伸縮沉降縫縫寬20mm，管壁內(nèi)設(shè)兩道橡膠止水帶，內(nèi)側(cè)采用30mm厚密封膠，填縫材料采用低泡沫塑料板。

（三）出口消能防沖段

倒虹吸管的出口段，通常做成消力池形式，池后用漸變段與原溝道銜接，以調(diào)整流速分布，避免沖刷下游溝道。本工程此段主要由出口消力池段、海漫段和防沖槽組成。出口消力池段緊接倒虹吸出口，長15.0m，底板高程125.70m，兩岸為懸臂式擋土墻；海漫段長25m，分兩部分，前一部分為連接段長15m，后一部分為水平段長10m，水平段底板高程129.00m，M7.5漿砌石護底，底板厚0.3m；為防止海漫底部遭受沖刷，在海漫末端設(shè)防沖槽，深2.0m。

（四）河溝控導(dǎo)及防沖設(shè)計

李村溝溝形較明顯，為安全渲泄洪水，須對倒虹吸管上游溝道10m范圍、下游溝道20m范圍內(nèi)進行削坡、整平、護砌處理，以平順進出口水流條件。治理段采用梯形斷面。一端與原溝道連接，底寬與現(xiàn)狀溝道底寬一致；一端與倒虹吸進出口護砌段連接，斷面要素同進出口護砌段，并對邊坡進行漿砌石護砌。當?shù)赜嘘P(guān)部門應(yīng)對下游泄水溝道進行管理維護，防止當?shù)厝罕娝阶詠y挖亂掘，建房修路，以保證倒虹吸下游的泄流通道暢通。

（五）滲控設(shè)計

為了保證在正常條件下有效防止輸水系統(tǒng)發(fā)生較大滲漏，渠道在短期內(nèi)不發(fā)生嚴重潰決和倒塌，在左排建筑物管身進出口進行滲控設(shè)計。在渠道一級馬道堤頂中心線下方對應(yīng)部位的管身段兩側(cè)設(shè)置截滲齒墻兩段。齒墻范圍內(nèi)的基坑回填低壓縮性土，管身兩側(cè)及頂部1.5m范圍內(nèi)采用高壓縮性土回填。結(jié)合渠道排水要求，在管身進出口段總干渠左右岸處外邊坡采用貼坡式排水護坡，并在坡腳處設(shè)排水溝。

五、結(jié)語

排水倒虹吸作為南水北調(diào)中線工程交叉建筑物的一種重要型式，數(shù)量多、分布廣、結(jié)構(gòu)形式多樣。其工程布置的優(yōu)化直接影響著總干渠左岸交叉斷面河流洪水的泄流及周邊人民群眾和財產(chǎn)的安全。合理優(yōu)化排水倒虹吸的工程布置不僅能夠節(jié)省投資，降低成本，而且能夠保持原有河道自身的泄洪能力，保證整個南水北調(diào)工程經(jīng)濟合理、安全可靠、利國利民。