試論輸水渠道施工過程中存在的問題及應對措施
——以夾馬口工程為例

馮安太

(運城市夾馬口引黃管理局, 山西 運城　044000)

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試論輸水渠道施工過程中存在的問題及應對措施
——以夾馬口工程為例

馮安太

(運城市夾馬口引黃管理局, 山西 運城044000)

【摘要】受地理環(huán)境、施工條件以及氣候條件等因素的影響，在對輸水渠道進行施工作業(yè)時，常常會面臨重重困難，對此，本文以夾馬口工程的施工過程為例，進行研究，其改造施工方法可供借鑒。

【關(guān)鍵詞】輸水渠道； 存在問題； 應對措施； 夾馬口工程

1工程概況

夾馬口引黃灌區(qū)地處山西省運城市臨猗縣和永濟市境內(nèi)，工程樞紐位于黃河小北干流中段，東距臨猗縣城約42km、運城市約70km，北距黃河龍門約72.6km，南至潼關(guān)約50km，與陜西省東雷引黃工程隔河相望，是黃河上一座大型電力提灌工程，灌溉面積50.3萬畝，受益范圍涉及臨猗、永濟兩縣(市)10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)27.33萬人口。該灌區(qū)由一個水源工程和兩個灌溉區(qū)組成，吳王水源站水流條件較好，水源穩(wěn)定，夾馬口和小樊兩灌溉區(qū)的泵站揚程較低，管理集中。自1998年以來，節(jié)水工程實施后，提水設(shè)施完好程度得到提高，能源單耗下降，渠系防滲率加大，灌溉水利用系數(shù)提高，畝次平均灌溉水量減少10%，不僅節(jié)約了水量，而且促進了灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展，為農(nóng)村穩(wěn)定和經(jīng)濟增長提供了有力保障[1]。

1.1水源工程

水源工程包括護岸及引水渠、兩處水源站、輸水干渠三部分。護岸及引水渠長4km，已經(jīng)防滲；兩處水源站分別位于吳王和浪店，吳王水源站建于2001年,安裝ZLB-2.4型立式軸流浮體泵10臺，混流泵固定4臺，提水能力34m3/s，裝機容量2800kW。浪店水源站建于1996年，可安裝混流泵10臺，提水能力達到12m3/s，裝機容量1500kW。目前吳王水源站水流條件較好，是給灌區(qū)供水的主要水源站；輸水干渠設(shè)計12km，目前防滲4km，下游為土渠。

1.2兩個灌溉區(qū)

1.2.1夾馬口區(qū)

夾馬口區(qū)包括一級泵站、3條干渠(含分干)、28條支渠(含分支)、2159條斗渠(包括干斗)，另外干渠沿線建有堡里二級站和小型提水泵站108座。一級泵站由防洪護岸、進水閘、引水渠、前池、廠房、壓力管道及出水池七部分組成。泵站設(shè)計提水流量12.5m3/s，地形揚程70m，安裝12臺機組，壓力管道6根，其中1～5號直徑為1200mm，6號直徑為1400mm，總長2814m。變電站安裝主變3臺，總?cè)萘?5150kVA。該區(qū)設(shè)計灌溉面積33萬畝，設(shè)有干渠(含分干)3條，總長62.26km；支渠(含分支)28條，總長176km；斗渠(包括干斗)2159條，總長1019km。灌溉范圍總土地面積65萬畝。地面高程為417～380m。

1.2.2小樊區(qū)

小樊區(qū)共為二級三站，安裝機組15臺，裝機容量6610kW，設(shè)計提水流量6m3/s，總揚程61.486m。設(shè)計灌溉面積17.3萬畝，有干渠4條，為一級輸水干渠、龍行引水干渠、南干渠、北干渠，總長31.85km，支渠14條，長65.4km，斗渠198條，長100.7km，配套建筑物1112座。

2夾馬口引黃灌區(qū)目前存在的問題

近幾年,夾馬口引黃灌區(qū)節(jié)水續(xù)建配套設(shè)施，加大信息化建設(shè)[2]，灌溉供水保證率逐年提高，灌溉管理實行 “陽光工程”，配水實施“層層買水”，灌溉水量與職工工資獎金掛鉤，促進灌區(qū)農(nóng)田得到及時灌溉，供水市場穩(wěn)步增長，實現(xiàn)農(nóng)戶和管理局效益雙贏，水資源得到進一步優(yōu)化配置。但是該灌區(qū)已運行40多年，許多提水設(shè)備、灌溉設(shè)施老化失修嚴重，影響灌溉效益的正常發(fā)揮。根據(jù)灌區(qū)實際情況，現(xiàn)主要存在以下問題。

2.1吳王水源站輸電線路

夾馬口引黃管理局2001年自籌資金建設(shè)的吳王浮體泵站，電源是從夾馬口變電站接引。受資金限制，架設(shè)的輸電線路導線截面僅為150mm2，采用6kV電壓輸電，壓降較大，不能滿足泵站運行要求，特別是在黃河段含沙量大、水位低、柴草多，只能負荷1100kW，供5臺機組運行，加上原電桿均為其他系統(tǒng)拆下的舊桿，目前有21根桿已出現(xiàn)不同程度的破損，直接影響灌區(qū)的正常運行，急需改造。

2.2一級站

2.2.11～10號水泵

現(xiàn)狀1～10號泵為24SA-10型水泵，安裝于1980年，歷時27年，大部分泵運行時間超過3萬臺時，泵體材料多為普通鑄鐵，磨損嚴重，出現(xiàn)過泵體穿孔現(xiàn)象，雖經(jīng)檢修，泵體幾何形狀難以達到設(shè)計標準，水泵效率經(jīng)測試僅為50%～60%，能源單耗很大，維修費用較高，急需更換。

2.2.2一級站電機

一級站1～8號電機為Y5004-6型，已運行26年，存在軸承磨損、絕緣老化等問題，特別是1號、2號電機經(jīng)常出現(xiàn)故障，啟動困難，該次計劃進行更換。

2.3渠道工程

灌區(qū)的干、支渠原預制板防滲體年久失修，砌體及建筑物破損，造成滲漏嚴重，且斷面為寬淺式梯形渠道，輸水挾沙能力低，淤積十分嚴重。1998年節(jié)水改造時，渠道基本均采用U形混凝土防滲，輸水輸沙能力大大提高，渠系水利用系數(shù)也相應提高。結(jié)合灌區(qū)種植作物需求，首先對損壞比較嚴重的渠道進行改造，涉及到輸水干渠700m、一支渠3210m、一支楊杏分支3850m、一支南分支3000m、八支西分支2422m、九支渠6370m、堡里一干渠10700m，涉及灌溉面積37.22萬畝。

3改造的具體方案

為解決以上問題，確定進行4個方面的改造：?吳王水源站供電線路改造9.5km；?一級站，泵房內(nèi)更新水泵10臺和電機2臺，新建橋梁1座，改造橋梁1座，硬化進站道路1.8km，改造站前分水閘與引渠連接段，并將一級站引水渠兩側(cè)邊坡護砌、綠化，安裝撈污機2臺，變電站更新低壓電纜1260m，銅排210m；?灌區(qū)，改造總干渠0.7km，支渠30.252km，新建堡里一級干渠10.8km；?管理工程，信息化工程續(xù)建，灌區(qū)管理房拆除重建12處，其中水委會4處，灌溉配水房8處，總建筑面積1840m2。本文重點討論供電線路改造和一級站改造。

該工程概算總投資2200.39萬元。基本預備費104.78萬元。總投工55.07萬個工時，總工程量45.78萬m3。

3.1一級站改建工程

3.1.1機泵更新改造

對機泵磨損嚴重1號～10號水泵和1號、2號電機進行更換，新更換的水泵選擇24SA-10型、SLOW500-800(2)A型和KQSN700-N9型三種同流量泵型。經(jīng)水泵工作點復核，工作點參數(shù)見表1。

表1　水泵工作點

由表1可以看出，三種泵型均能滿足泵站提水要求，SLOW500-800⑵A泵出水流量大些，KQSN700-N9泵的出流量小些，效率相對均偏低， 24SA-10型水泵效率相對較高，但主要考慮其不改造水泵機墩，工程量最小，投資較少，因此該次水泵更換仍推薦24SA-10型。因該站抽引黃河水，含沙量大，磨損比較嚴重，因此泵必須選用球墨鑄鐵耐磨材料。需更換1號、2號電機，仍選用節(jié)能產(chǎn)品，型號為Y500L-6型。

3.1.2機墩改造

根據(jù)電機的平面尺寸及軸線高度，現(xiàn)狀電機基座應加高0.13m，加長0.3m。為此應將原機墩側(cè)邊鑿深10cm，新鋼筋與原鋼筋網(wǎng)焊接后再澆筑加長。把現(xiàn)有鋼制基座拆除后，重新安裝鋼制底座，再澆筑二期混凝土。

3.1.3一級站撈污機安裝

夾馬口分水閘與引渠連接方式改變后，撈污機安裝在浪店水源工程輸水干渠夾馬口渡槽上游連接跨處。該跨 渡槽為“山”字形，長3m，每孔5.25m，高3m，因此撈污機選用HQ5.25×4.5-800-C型。撈污機主要由支承框架、柵面、導軌組成。支承框架兩側(cè)邊梁上翼緣設(shè)有支鉸座及支鉸固定板，安裝時將支鉸固定板與渡槽中墻、邊墻頂面采用M24×250mm膨螺栓相連，并沿渡槽內(nèi)中下部、中上部分別用兩個M24×250mm膨螺栓將兩塊0.5m長36號槽鋼固定在渡槽中墻、邊墻上，作為清污機工作時的支承，這兩塊槽鋼與清污機的支鉸座安裝成直線，與槽底板夾角80°，柵面與導軌形成傳動軸線狀態(tài)。撈污機后邊安裝3.5m預制C20鋼筋混凝土工作橋板與護岸相連，以便及時運走柴草。

3.2吳王水源站輸電線路改造

夾馬口吳王水源站輸電線路改造時，按夾馬口灌區(qū)現(xiàn)狀設(shè)計流量需要的2800kW用電負荷進行架設(shè)，電壓等級為6.3kV，計算選用導線為LGJ-185型雙回路導線，重新架設(shè)直線桿125基，耐張桿30基，轉(zhuǎn)角桿2基，終端桿2基。

3.3渠道改造工程

渠道工程主要包括渠道清淤、土方回填、U形渠槽開挖及現(xiàn)澆混凝土防滲。2000年對灌區(qū)渠道防滲改造后，效果良好，其優(yōu)點主要有：?水力條件好，挾沙能力強，適于輸含沙水流；?在凍脹性和濕陷性地基上有一定的適應地基不均勻變形的能力；?渠口窄，不會增加占地；?整體性強；?便于滑模和U形機械施工，施工速度快。所以該次防滲改造干渠0.7km仍采用弧底梯形渠，支渠29.552km渠道采用U形渠[3-4]。

a.渠道凍深和凍脹量的確定。該次改造的渠道斷面干渠為弧底梯形，支渠為U形，采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，其走向分為“東—西”和“南—北”向。渠床土質(zhì)為粉質(zhì)壤土，土的干密度為15～16kN/m3，天然含水量為18%，地下水埋藏較深，土的塑限含水量為20%。據(jù)氣象資料統(tǒng)計，該灌區(qū)多年平均凍土深29cm，最大凍土深49cm，屬季節(jié)性凍土[5]。渠道抗凍脹能力根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》(SL 23—91)進行計算，得出渠道的設(shè)計凍深和凍脹量見表2和表3。

表2　渠道凍深計算結(jié)果

表3　凍脹量計算結(jié)果

b.渠系建筑物的重建。經(jīng)實地踏勘，絕大多數(shù)建筑物需拆除重建，累計改造重建建筑物158座。其中，渠道重建閘共84座，拆除重建橋梁44座，量水槽、改造渡槽8座，一支南分支樁號1+100泄洪涵洞、跌水建筑物10座，九支渠樁號9+956～9+966布置倒虹吸1座。

4改造的效益分析

根據(jù)該項目的特點，其效益主要為灌溉效益、節(jié)能效益與管理效益[6-7]。依據(jù)《水利建設(shè)項目經(jīng)濟評價規(guī)范》，效益采用“有無對比法”進行計算。

a.灌溉效益。該項目實施后，灌溉效益指增加灌溉畝次和灌區(qū)作物得到及時灌溉的增產(chǎn)量而獲得效益，改善灌溉面積為10萬畝計，初步計算灌溉效益為388.50萬元。

b.節(jié)能效益。根據(jù)本年度項目實施前后，項目區(qū)內(nèi)泵站裝置效率的變化計算得年節(jié)約用電938.71萬度，該站電價為0.258元/度，故年可節(jié)約電費242.19萬元，即節(jié)能效益。

c.管理效益。信息化工程的續(xù)建，管理效益明顯，主要體現(xiàn)在提高了管理人員工作效率，實現(xiàn)無紙辦公；大大方便墑情、灌溉用水等信息的收集，縮短灌溉配水決策時間，減少渠道退水損失，實現(xiàn)水資源優(yōu)化調(diào)配，充分提高灌溉設(shè)施的利用率，從而增加灌區(qū)的整體效益。新增管理效益不計。

該工程實施后，年綜合效益達630.69萬元，國民經(jīng)濟評價各項指標均較好，內(nèi)部回收率26%，經(jīng)濟凈現(xiàn)值2115.20萬元，經(jīng)濟效益費用比1.87，動態(tài)投資回收年限6.57年，效益顯著。

5結(jié)語

影響輸水渠道工程質(zhì)量的因素來源于各個方面，只有在日常的工作中不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗，積極完善自身的專業(yè)技術(shù)和知識，才能及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的質(zhì)量問題，并采取行之有效的技術(shù)改造和管理措施加以應對，確保灌區(qū)安全運行，造福一方人民。

參考文獻

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DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.002

中圖分類號：TV672

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0005- 04

On problems and countermeasures in water conveyance canal construction process: with Jiamakou Project as an example

FENG Antai

(YunchengJiamakouYellowRiverWaterDiversionAdministration,Yuncheng044000,China)

Abstract：There are many difficulties during the construction operation of water conveyance canal due to the influence of geographical environment, construction conditions, climate condition and other factors. Therefore, the construction process of Jiamakou Project is adopted as an example for studying, which can be reference.

Key words：water conveyance canal; problems; countermeasures; Jiamakou Project