南水北調(diào)中線工程潁河渠道倒虹吸導流設計

□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。