穿河隧道防洪評(píng)價(jià)與補(bǔ)救措施

劉艷秋

（安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，合肥 230011）

穿河隧道防洪評(píng)價(jià)與補(bǔ)救措施

劉艷秋

（安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，合肥 230011）

亳州市湯王大道過(guò)河通道工程新建隧道位于主城區(qū)，下穿兩岸堤防、渦河、小洪河及兩河之間的濕地公園。其中，渦河現(xiàn)狀為通航河道，小洪河不通航。通過(guò)對(duì)該隧道進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)計(jì)算，總結(jié)穿河建筑物防洪評(píng)價(jià)要點(diǎn)及補(bǔ)救措施，為類(lèi)似工程提供借鑒。

穿河隧道；分叉河口；壅水高度；滲流穩(wěn)定計(jì)算；抗滑穩(wěn)定計(jì)算；補(bǔ)救措施

1 建設(shè)項(xiàng)目基本情況

亳州市湯王大道過(guò)河通道工程，起點(diǎn)位于規(guī)劃湯王大道與和平路交叉口，終點(diǎn)位于規(guī)劃三圣路與古泉路交叉口。路線(xiàn)全長(zhǎng)1345m，其中隧道長(zhǎng)1200m，暗埋段長(zhǎng)880m，敞開(kāi)段長(zhǎng)320m。隧道下穿通過(guò)渦河、小洪河及鄭店子濕地公園，采用圍堰明挖法施工，工期720d，2017年4月開(kāi)始施工。

2 河道現(xiàn)狀及現(xiàn)有水利規(guī)劃

2.1 渦河

渦河現(xiàn)狀河底高程28.26～28.66m，河底寬50m，河道上口寬130m（以常水位35m計(jì)）。根據(jù)《亳州市城市防洪規(guī)劃（2015—2030）》，渦河干流亳州規(guī)劃城區(qū)段河道基本達(dá)到防御20年一遇洪水的能力，其中主城區(qū)段（105國(guó)道橋～京九鐵路橋）防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇。

根據(jù) 《亳州市中心城區(qū)水系溝通專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃（2012—2030）》，渦河核算標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，設(shè)計(jì)流量2500m3/s，河道等級(jí)1級(jí)。隧址處渦河規(guī)劃河底寬60m，規(guī)劃河底高程28.5m，隧址處渦河現(xiàn)狀為Ⅵ級(jí)航道，規(guī)劃為Ⅳ級(jí)，考慮將來(lái)航道升級(jí)，現(xiàn)正按Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。Ⅳ級(jí)航道規(guī)劃河底標(biāo)高26.14m。

2.2 小洪河

小洪河河底高程32.01～32.66m，河底寬180m，河道上口寬240m（以常水位35m計(jì)）。小洪河核算標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，設(shè)計(jì)流量741m3/s，河道等級(jí)1級(jí)。

小洪河規(guī)劃河底寬120m，在小洪河口上游2.3km處擬建小洪河閘，底板高程30.08m，根據(jù)洪河水力縱坡0.02%計(jì)算，隧址區(qū)小洪河河底防洪規(guī)劃標(biāo)高29.62m。小洪河現(xiàn)狀不通航暫無(wú)航運(yùn)規(guī)劃。

2.3 鄭店子濕地公園

鄭店子濕地公園現(xiàn)狀高程35.86～37.69m，常水位出露寬150m。

3 防洪評(píng)價(jià)

3.1 水文分析

擬建湯王隧道下穿處位于G105大橋下游0.73km，根據(jù)《亳州市城市防洪規(guī)劃（2015—2030）》和《亳州市中心城區(qū)水系溝通專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃（2012—2030）》，擬建隧道處渦河和小洪河流量和水位如表1。

表1 擬建隧道處流量和水位

施工圍堰采用對(duì)拉螺桿鋼板樁圍堰，頂部設(shè)雙拼鋼圍檁及鋼筋拉結(jié)形成整體，導(dǎo)流建筑物導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)10年一遇洪水，施工期如遇洪水，隧道導(dǎo)流時(shí)段安排在第1年10月～第2年4月，第2年10月～第3年4月。隧道處位于渦河大寺閘上游16.33km，因此本工程10年一遇洪水導(dǎo)流流量可參考大寺閘設(shè)計(jì)洪峰流量。依據(jù) 《安徽省渦河近期治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，大寺節(jié)制閘分期設(shè)計(jì)洪峰流量如表2。

表2 大寺閘分期設(shè)計(jì)洪峰流量成果

本工程10年一遇洪水導(dǎo)流流量同大寺閘為311m3/s；20年一遇洪水導(dǎo)流流量同大寺閘為410m3/s。

3.2 雍水計(jì)算

隧道工程埋于地面以下，隧道建成后，不會(huì)對(duì)河道產(chǎn)生壅水影響，本次僅分析施工期雍水。

隧道工程圍堰施工第1階段圍堰范圍：北岸大堤～洪河河中和南岸大堤～渦河河中，施工第2階段圍堰范圍：洪河河中～渦河河中。由于圍堰束窄水面，水流過(guò)流斷面減小，河床水位抬高，造成壅水。壅水后水位根據(jù)河床比降、河道糙率和斷面資料，采用曼寧公式計(jì)算，如式（1）：

式中 n為河床糙率；A為斷面面積；R為水力半徑；I為比降。

由于施工圍堰分2個(gè)階段，雍水分析以3個(gè)階段進(jìn)行。依據(jù) 《安徽省渦河近期治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》內(nèi)容，主槽或?yàn)┑夭诼史謩e取0.0225和0.03；隧道所在的河道位于小洪河口附近，縱坡為1/8400，本次計(jì)算取1/10000。圍堰設(shè)計(jì)水位為10年一遇，本次雍水分析對(duì)20年一遇水位進(jìn)行校核。

3.2.1 渦河施工期第1階段

圍堰范圍為南岸大堤～渦河河中，根據(jù)《湯王隧道圍堰設(shè)計(jì)圖》，南岸大堤～渦河河中圍堰施工后，水位計(jì)算成果如表3。

表3 水位計(jì)算成果

由表3可知，施工期第1階段10年一遇設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)的水位37.72m，20年一遇設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)水位38.23m?？紤]波浪和超高（按1m）的影響，施工期，發(fā)生10年一遇洪水時(shí)，圍堰高程滿(mǎn)足要求。

3.2.2 渦河施工期第2階段

渦河河中～小洪河河中，當(dāng)圍堰范圍為渦河河中～濕地公園時(shí)，水位計(jì)算成果如表4。

表4 水位計(jì)算成果

由表4可知，施工期第2階段10年一遇設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)水位37.63m，20年一遇設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)水位38.43m?？紤]波浪和超高（按1m）的影響，施工期，發(fā)生10年一遇洪水時(shí)，圍堰高程滿(mǎn)足要求。

3.2.3 小洪河施工期第1階段和第2階段

圍堰為北岸大堤～小洪河河中時(shí)，河槽寬67m，上口線(xiàn)寬度不低于90m；圍堰為小洪河中～濕地公園時(shí)，河槽寬90m，上口線(xiàn)寬度不低于111m。因缺少小洪河施工期洪水資料，無(wú)法具體計(jì)算。類(lèi)比渦河，主槽底高程33.2m，圍堰的的迎水面頂高程39.3m滿(mǎn)足施工期使用要求。

3.3 沖刷計(jì)算

隧道建成后，由于隧道經(jīng)河床下穿越，在河道內(nèi)不增加阻水性的建筑物，水流的流態(tài)不會(huì)因隧道工程建設(shè)而發(fā)生改變，河道沖刷主要為自然沖刷。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，隧道穿越處河槽第1層土為粉土，屬中等密實(shí)的黏土。

隧址處渦河和小洪河20年一遇洪水水位、50年一遇洪水水位 （小洪河僅有20年一遇流量資料，且小洪河不通航，沖刷影響較小，僅對(duì)20年一遇進(jìn)行計(jì)算）、洪水位39.71m和枯水位35.2m情況下的沖刷計(jì)算方法參照文獻(xiàn)［10］，采用式（2）計(jì)算最大沖刷水深。

式中 hm為最大沖刷水深 （m）；qmax為主槽最大單寬流量Qc為天然狀態(tài)下主槽流量（m3/s），Bc為主槽部分過(guò)水寬度 （m），hmax為主槽最大水深（m），為主槽平均水深（m）；v′c為河床不沖流速（m/s）為水深1.0m處的不沖流速，取1.2m/s。

沖刷計(jì)算成果如表5。

表5 沖刷計(jì)算成果

3.4 堤防穩(wěn)定影響

隧道工程采用大開(kāi)挖施工，堤防恢復(fù)設(shè)計(jì)采用粉質(zhì)黏土回填，填筑高度至堤防規(guī)劃頂高程40.21m，渦河側(cè)堤防內(nèi)外邊坡坡比均為1∶3，小洪河側(cè)堤防坡比為1∶7.5，背水側(cè)順接現(xiàn)狀地面。

3.4.1 堤防滲流

計(jì)算斷面選取隧址處垂直于堤防的規(guī)劃斷面?？紤]到現(xiàn)狀堤防是穩(wěn)定的，本次僅對(duì)隧道完成后進(jìn)行堤防滲流計(jì)算。采用GEO-SLOPE軟件計(jì)算滲流和抗滑，隧道按不透水層考慮，隧道周?chē)翆影丛龃鬂B透系數(shù)計(jì)算。

計(jì)算工況：

（1）正常期：迎水側(cè)取50年一遇設(shè)計(jì)洪水位38.69m，背水側(cè)無(wú)水或地下水位不利工況；

（2）驟降期：由設(shè)計(jì)洪水位48h驟降2m。

滲流穩(wěn)定分析上游水位取50年一遇設(shè)計(jì)洪水位38.69m，下游水位平地面。經(jīng)計(jì)算，渦河側(cè)堤防正常條件下及水位驟降工況下，水力比降分別為0.1和0.08，均小于允許水力坡降，滿(mǎn)足規(guī)范要求。小洪河臨水側(cè)坡比1∶7.5，背水側(cè)地面高程基本與堤頂持平，小洪河側(cè)滲流穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。

3.4.2 堤防抗滑

計(jì)算工況：

（1）設(shè)計(jì)洪水位，堤后無(wú)水，背水坡的穩(wěn)定計(jì)算；（2）設(shè)計(jì)洪水位驟降期，臨水坡的穩(wěn)定計(jì)算；

（3）施工期，迎水側(cè)為枯水期水位，背水側(cè)無(wú)水或地下水位不利工況。

隧道穿渦河、小洪河堤防按50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)加固設(shè)計(jì)。根據(jù)GB50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，本工程為2級(jí)堤防。渦河側(cè)堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果如表6。

表6 堤坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果

根據(jù)表6，渦河側(cè)南岸大堤、小洪河側(cè)北岸大堤穩(wěn)定性滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 防洪補(bǔ)救方案

根據(jù)規(guī)劃，堤防恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)為：堤頂寬不小于7m，堤頂?shù)缆穼?m，內(nèi)外邊坡不小于1∶3，并下上下游堤防順接。隧道穿越兩岸堤防處各設(shè)一道截滲帷幕。

隧道施工完成后，渦河、小洪河按規(guī)劃斷面恢復(fù)。鄭店子公園按現(xiàn)狀進(jìn)行恢復(fù)（含植被）。圍堰頂高程要滿(mǎn)足施工期10年一遇洪水過(guò)流的要求。

本次設(shè)計(jì)渦河側(cè)及小洪河側(cè)兩岸堤防護(hù)坡范圍為隧道軸線(xiàn)上游125m，至下游150m范圍內(nèi)。兩岸堤防按照規(guī)劃恢復(fù)（含南岸堤防臨水側(cè)塑膠跑道）后，堤防迎水坡采用混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，護(hù)坡高度為自堤腳至20年一遇洪水位以上0.5m。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）隧道圍堰設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，為保證汛期安全，以防發(fā)生超過(guò)10年一遇洪水，應(yīng)定時(shí)監(jiān)測(cè)水位，備足回填土料、預(yù)留過(guò)流斷面。

（2）當(dāng)隧道下穿通航河流時(shí)，隧道頂高程不但要滿(mǎn)足水利規(guī)劃要求，還應(yīng)滿(mǎn)足航道規(guī)劃要求，預(yù)留航道升級(jí)空間，以防礙航。

（3）隧道的進(jìn)、出土口距堤防背水側(cè)堤腳的距離，應(yīng)滿(mǎn)足S171—96《堤防工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范》等要求的護(hù)堤地范圍及堤防保護(hù)范圍。

［1］水利部.河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則（實(shí)行）［S］.2004.

［2］成麗婷.鐵路大橋跨河防洪評(píng)價(jià)及補(bǔ)救方案［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2014（2）.

［3］孫慶磊，周波，李超.跨河橋梁防洪影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及影響防治措施研究［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2014（4）.

［4］趙博，朱梅，趙家詳.碼頭工程防洪評(píng)價(jià)方法與探討［J］.地下水，2016（6）.

［5］黃義娟.三大類(lèi)建設(shè)項(xiàng)目的防洪評(píng)價(jià)要點(diǎn)分析［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2015（8）.

［6］何書(shū)琴，徐林春，鄭國(guó)棟.穿河穿堤工程防洪影響評(píng)價(jià)技術(shù)審查要點(diǎn)分析［J］.廣東水利水電，2012（7）.

［7］安徽省水利水電勘察設(shè)計(jì)院.亳州市城市防洪規(guī)劃（2015—2030）［R］.

［8］合肥市市政設(shè)計(jì)院有限公司.亳州市中心城區(qū)水系溝通專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃（2012—2030）［R］.

［9］安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院.安徽省渦河近期治理工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.

［10］謝鑒衡.河床演變及整治［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2013.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

Evaluation on flood control and remedy options of river-crossing tunnel

LIU Yan-qiu
（Anhui Provincial Communications Survey&Design Institute Co，Ltd，Hefei230011，China）

New tunnel of Tangwang Dadao river-crossing project is located in the downtown area of Haozhou.The tunnel will crossing both sides of the embankment，Guo river，Hong river and wetland park between the two rivers.Among them，Guo river is a navigable river，Hong river is not.In this paper，flood evaluation of the tunnel is elaborated，the main points and remedy options are summarized for the reference of similar tunnel projects.

river-crossing tunnel;divaricating rivers estuary;backwater height;seepage flow stability computation; calculation of stability against sliding;remedy options

TV122

：B

1672-9900（2017）04-0050-04

2017-05-08

劉艷秋（1988-），女（漢族），安徽亳州人，工程師，主要從事河道整治、防洪評(píng)價(jià)方向研究，（Tel）18772636092。