明挖法下穿北運(yùn)河隧道工程防洪評(píng)價(jià)及補(bǔ)救措施

（河北浩川工程咨詢有限公司，石家莊 050000）

1 項(xiàng)目概況

1.1 建設(shè)方案

廣渠路東延道路工程起點(diǎn)為北京怡樂西路，終點(diǎn)為東六環(huán)路，是北京中心城與城市副中心通州區(qū)的重要聯(lián)系通道。工程全長(zhǎng)6.126km，全線均為地下隧道，設(shè)計(jì)速度80km/h。工程于運(yùn)通橋下游13～29m處下穿北運(yùn)河，結(jié)構(gòu)頂板距河底6.02～7.19m。

1.2 施工方案

1.2.1 施工方法

工程采用明挖法在非汛期施工［2］，施工方法為放坡+鉆孔灌注樁+鋼支撐。明挖施工通過控制施工過程和堤防回填質(zhì)量，可更好的控制由施工過程帶來的不利因素：一方面在施工開挖過程中應(yīng)減少圍巖擾動(dòng)，及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)；另一方面施工結(jié)束后對(duì)堤防進(jìn)行恢復(fù)，嚴(yán)格控制堤防回填和恢復(fù)質(zhì)量、提高筑堤回填質(zhì)量。

1.2.2 圍堰選型

北運(yùn)河為北京市主要防洪排澇河道及城市景觀河道，非汛期蓄水深2.5～3.0m，且河道相對(duì)較窄。拉森鋼板樁具有強(qiáng)度高、施工進(jìn)度快、占地空間小、防水性能好的優(yōu)點(diǎn)，且可以回收利用，對(duì)于本工程較為適用。為進(jìn)一步增強(qiáng)穩(wěn)定性，本次選用雙層拉森鋼板樁圍堰（SP-IV型）。

1.2.3 導(dǎo)流時(shí)段及施工步驟

導(dǎo)流1期自2017年11月1日至2018年5月25日，先在河道左半幅打設(shè)圍堰，采用架泵抽排的方法將圍堰內(nèi)存水抽排至束窄后的河道內(nèi)，使圍堰內(nèi)形成干場(chǎng)后清理淤泥，平整場(chǎng)地，拆除隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)原有護(hù)岸結(jié)構(gòu)，進(jìn)行隧道地下連續(xù)墻施工，地下連續(xù)墻強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行基坑開挖及隧道主體結(jié)構(gòu)施工，待隧道主體結(jié)構(gòu)完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后，拆除地下連續(xù)墻至沖刷線高程以下2m，進(jìn)行基坑回填、復(fù)堤、河底防沖護(hù)砌、河道水利設(shè)施及景觀綠化恢復(fù)。1期圍堰順河向長(zhǎng)180.7m，總長(zhǎng)423.2m。導(dǎo)流2期自2018年9月10日至2019年5月25日，完成右半幅河道段隧道主體結(jié)構(gòu)、河道恢復(fù)防護(hù)及復(fù)堤工程。2期圍堰順河向長(zhǎng)174.1m，總長(zhǎng)415.8m。

2 河道概況及水利規(guī)劃

根據(jù)《北運(yùn)河通州段河道治理工程規(guī)劃》［3］，工程所在河段河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，斷面型式為梯型復(fù)式斷面。目前該段河道已基本按照規(guī)劃整治完成，主河槽寬190.0m，上口寬325.0m，河底高程15.0m。主河槽通過1︰3混凝土斜坡接寬2.0m干砌石平臺(tái)，平臺(tái)上為混凝土擋墻，墻身高1.3m，干砌石平臺(tái)高程17.0m，混凝土擋墻頂高程18.3m，現(xiàn)狀水深2.5m?，F(xiàn)狀左右堤大部分達(dá)到50年一遇洪水位+超高1.5m防洪標(biāo)準(zhǔn)，交叉斷面處右堤頂寬8m，高程22.8m，左堤頂為市政路，寬40m，高程22.1m。

根據(jù) 《北京城市副中心防洪工程方案專題論證報(bào)告》［4］，堤防超高由原1.5m增至1.9m，對(duì)于已建堤防超高不足段在內(nèi)側(cè)堤肩處設(shè)防浪墻形式加高。

3 防洪評(píng)價(jià)

3.1 設(shè)計(jì)洪水

工程位于北運(yùn)河干流北關(guān)攔河閘下游3.7km，防洪標(biāo)準(zhǔn)100年一遇。攔河閘附近設(shè)通州水文站，下游有通惠河匯入，根據(jù)《海河流域防洪規(guī)劃》，北運(yùn)河設(shè)計(jì)洪水成果如表1。

表1 交叉斷面設(shè)計(jì)洪峰流量

導(dǎo)流圍堰設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇。本次利用上游通州站非汛期68年的實(shí)測(cè)洪水系列，采用P-Ⅲ型頻率曲線求得20年一遇的洪峰流量，然后用面積比法推求交叉斷面位置的洪峰流量，為319.2m3/s。

3.2 洪水位

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘情況及相關(guān)規(guī)劃，北運(yùn)河主槽糙率0.0225，灘地糙率0.05，道縱坡0.0187%。根據(jù)實(shí)測(cè)縱橫斷面資料及選取糙率，采用天然河道水面線法，由下游斷面向上游斷面逐段推算，成果如表2。

表2 洪水位計(jì)算成果

3.3 壅水

工程埋設(shè)于地面以下，不減小行洪面積，較修建前洪水位不變，不造成壅水影響［5］。

施工期導(dǎo)流圍堰布設(shè)會(huì)束窄河道過流斷面，1期圍堰布置后，河道主槽過流斷面底寬僅72.0m。本工程堰前上游水深3.0m，圍堰縱向長(zhǎng)180m，縱向圍堰長(zhǎng)與上游水深之比為60，大于20，因此采用SL623—2013《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B導(dǎo)流設(shè)計(jì)水力計(jì)算方法—明渠恒定漸變流能量方程計(jì)算洪水位。本次洪水位推求自導(dǎo)流圍堰下游橫向端頭下50m處起，自圍堰上游橫向端頭上游10m。下游起推水位采用明渠均勻流進(jìn)行推求，為16.98m。1期圍堰布設(shè)期間河道過流能力計(jì)算成果如表3，可知1期圍堰堰前水位高程為17.43m。2期圍堰與1期對(duì)稱布置，堰前水位17.43m。

表3 河道過流能力計(jì)算成果

根據(jù)前述分析，圍堰布設(shè)前交叉位置洪水位17.00m，圍堰搭設(shè)后堰前水位17.43m，產(chǎn)生壅水高度0.43m，壅水長(zhǎng)度4598.9m。水位仍低于主槽兩岸岸頂高程18.3m，洪水不出主槽，對(duì)兩岸無影響。

3.4 圍堰堰頂高程分析

前述圍堰堰前水位按河道內(nèi)水工建筑物敞泄計(jì)算，但由于項(xiàng)目區(qū)段北運(yùn)河為城市防洪排水及風(fēng)景觀賞河道，設(shè)計(jì)常水位18.0m，水深3.0m。本次圍堰堰頂高程按兩種工況綜合考慮，選取較大值作為設(shè)計(jì)最低堰頂高程值。

圍堰安全加高參照SL623—2013《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范》中4～5級(jí)別中的混凝土圍堰、漿砌石圍堰的安全加高下限值0.3m，堰頂最低高程計(jì)算如表4。

表4 圍堰最低堰頂高程 單位：m

3.5 沖刷

因工程下穿河道，不減小行洪面積，洪水流勢(shì)流態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，交叉位置沖刷主要為河道一般沖刷，考慮到工程上游緊鄰現(xiàn)有北運(yùn)河大橋，為安全起見，本次考慮運(yùn)通橋墩臺(tái)局部沖刷深度。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)查勘資料，項(xiàng)目所在河段地層主要粉砂、細(xì)砂，平均厚度3m，再往下為中砂，平均厚度5m，河床質(zhì)中值粒徑D50取0.20mm。本次采用JTG C30—2015《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦的64-1修正式計(jì)算沖刷深度，成果如表5。

表5 沖刷深度計(jì)算成果

3.6 項(xiàng)目防洪安全

交叉位置處河道沖刷深度3.48m，穿越段結(jié)構(gòu)頂板頂面位于現(xiàn)狀河底以下6.02～7.19m，位于沖刷線以下2.54～3.71m，滿足大于2m的防洪安全要求［6］。

計(jì)算圍堰堰頂最低高程18.54m，本工程設(shè)計(jì)圍堰頂高程19.0m，滿足防洪安全要求。

4 補(bǔ)救措施

4.1 堤防恢復(fù)

4.1.1 筑堤材料及填筑標(biāo)準(zhǔn)

采用黏粒含量10%～30%的壤土和6%～8%水泥混合土回填至堤基線以下2m，填筑壓實(shí)度不小于0.95。堤基線以下2.0m至設(shè)計(jì)堤頂采用黏性土回填，黏性土采用黏粒含量10%～35%、塑性指標(biāo)7～20的均質(zhì)土，不得含植物根莖、磚瓦垃圾等雜質(zhì)，含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差不大于±3%，填筑壓實(shí)度不小于0.95。

4.1.2 新老堤防結(jié)合面設(shè)計(jì)

為使新老堤防緊密銜接，對(duì)老堤進(jìn)行削坡臺(tái)階處理，臺(tái)階高0.4m，寬1.0m，整體坡度不陡于1∶2.5。施工時(shí)在連接處灑水并刨毛后沿水平層面鋪設(shè)黏性土后碾壓。同時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)上部回填黏性土與兩側(cè)削坡后回填黏性土連接處自堤基線以下2m至設(shè)計(jì)堤頂鋪設(shè)土工格柵網(wǎng)，格柵網(wǎng)寬5m，豎向間距1m，網(wǎng)孔39mm×39mm，抗拉強(qiáng)度不小于30kN/m。

4.1.3 堤身斷面

按照規(guī)劃要求，將左堤回填至23.10m，右堤回填至23.20m，同時(shí)預(yù)留0.3m沉降量，新老堤防平順銜接；堤頂寬度、堤坡均維持現(xiàn)狀。

4.2 河道防護(hù)

工程完工后，按設(shè)計(jì)要求全面恢復(fù)河道并進(jìn)行河底防護(hù)。防護(hù)范圍包含隧道穿河段沿河道投影及結(jié)構(gòu)外邊線下游80.0m，上游至現(xiàn)狀運(yùn)通橋下游結(jié)構(gòu)邊線外延12.4m，共計(jì)長(zhǎng)156.7m。河底防沖護(hù)砌采用高鍍鋅鉛絲石籠護(hù)砌。石籠厚0.5m，上覆1.0m厚土層，下鋪300g/m2無紡布一層。同時(shí)在河底防護(hù)護(hù)砌上下游端頭設(shè)置齒墻（后戧），后戧戧底高程為100年一遇最低沖刷線高程-2m，即9.52m。

4.3 水質(zhì)保護(hù)

項(xiàng)目所在河段有景觀蓄水，施工期間，應(yīng)做好污水、垃圾等有害物質(zhì)的處理，杜絕一切對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生不利影響的活動(dòng)。

5 結(jié)語

（1）施工期圍堰安全是隧道施工的重要保障，鑒于近年來極端天氣頻發(fā)，應(yīng)于施工前編制防汛應(yīng)急預(yù)案，并定期監(jiān)測(cè)水位，確保圍堰安全。

（2）沖刷計(jì)算應(yīng)盡量采用多種方法復(fù)核，并考慮臨近工程對(duì)河道沖刷深度的影響，使成果更加合理準(zhǔn)確。

（3）隧道施工期及運(yùn)行期應(yīng)委托資質(zhì)單位對(duì)主體結(jié)構(gòu)及堤防變形、滲透壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)預(yù)報(bào)，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，迅速采取補(bǔ)救措施。

參考文獻(xiàn)：

［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（試行）［S］.2004.

［2］何書琴，徐林春，鄭國棟.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）.

［3］北京市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)院.北運(yùn)河通州段河道治理工程規(guī)劃（北關(guān)閘～甘棠橡膠壩）［R］.2006.

［4］中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司.北京城市副中心防洪工程方案專題論證報(bào)告［R］.2016.

［5］劉艷秋.穿河隧道防洪評(píng)價(jià)與補(bǔ)救措施［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2017（4）.

［6］水利部海河水利委員會(huì).海委審批權(quán)限范圍內(nèi)涉河建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)審查規(guī)定（試行）［R］.2013.