陽大鐵路涉河橋梁防洪影響評價(jià)

許臻真

（太原市水利技術(shù)推廣服務(wù)站，山西 太原 030000）

0 前言

陽泉市地處太行山脈西側(cè)中部，位于山西省和河北省兩個(gè)省會(huì)城市太原和石家莊之間的接合部，屬于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的合理運(yùn)輸扇區(qū)內(nèi)，地理位置優(yōu)越，具有雙向互補(bǔ)、橋梁紐帶、東進(jìn)西聯(lián)的天然區(qū)位優(yōu)勢。陽泉市擁有豐富的煤炭資源，但由于位于沁水煤田的中北部，受交通的制約，大部分煤炭靠汽車運(yùn)輸，運(yùn)輸成本高、運(yùn)量小，嚴(yán)重限制了煤炭業(yè)的發(fā)展。隨著擬建陽泉北至大寨鐵路項(xiàng)目的修建，陽泉市煤炭的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。擬建鐵路線聯(lián)通了盂縣、陽泉市中心城區(qū)、平定縣，形成了陽泉市未來城市發(fā)展的主線，連接了石太客專的陽泉北站(盂縣)、石太既有線陽泉站，成為陽泉市境內(nèi)及對外交流的鐵路主干道[1]。

陽大鐵路（陽泉-大寨），起點(diǎn)自陽泉北站，終點(diǎn)為大寨站，全長81.042 km, 其中陽泉北站-義東溝村段長48.443 km，為擬建新建鐵路；義東溝村-大寨段長32.599 km，為已有鐵路線。本文研究對象是陽泉北站-義東溝村段8 座涉河橋梁，即石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河大橋、三郊特大橋、蔭營河大橋、桃河大橋和義井河大橋,以及所涉及的8 條河道。充分考慮洪水的影響，確保橋梁建設(shè)中河道防洪和橋梁的安全，需對新建陽泉北至大寨鐵路項(xiàng)目(陽泉北站-義東溝村段)涉河橋梁進(jìn)行防洪影響評價(jià)[2]。

1 防洪評價(jià)計(jì)算

1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)確定

新建陽泉北至大寨鐵路跨越桃河和義井河的河段位于陽泉市區(qū)，鐵路跨越石店河、陰山河、溫河、葦泊河、三郊河和蔭營河的河段位于山區(qū)或郊區(qū)，根據(jù)2014 年6 月住建部頒布的《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-2014)及陽泉市城市防洪規(guī)劃，桃河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，義井河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，石店河、陰山河、溫河、葦泊河和三郊河、蔭營河的防洪標(biāo)準(zhǔn)均為10年一遇[3]。

根據(jù)工程的重要性等，石店河大橋、蔭營河大橋、桃河大橋、義井河大橋等級屬于大橋，牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋、三郊特大橋等級屬于特大橋[4]。根據(jù)國家住建部頒布的《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)和國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10017-99)等的規(guī)定[5]，擬建陽大鐵路涉河橋梁工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇。

1.2 設(shè)計(jì)洪峰流量

本次評價(jià)控制斷面以上流域設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算采用《山西省水文計(jì)算手冊》（2011）中的流域模型法、推理公式法兩種辦法，計(jì)算成果見表1。

表1 設(shè)計(jì)洪峰流量成果匯總表（按無資料地區(qū)計(jì)算）

對于以上所列各個(gè)流域，不同方法洪峰流量計(jì)算成果中，本次《山西省水文計(jì)算手冊》（2011）計(jì)算結(jié)果中流域模型與推理公式法兩者成果相差不大，說明這兩種洪水計(jì)算成果比較合理，而流域模型法較推理公式法在計(jì)算過程中更加周全的考慮了流域產(chǎn)、匯流條件[6]，推理公式法能更好的體現(xiàn)流域縱坡、匯流參數(shù)對的計(jì)算成果的影響，因此本次評價(jià)設(shè)計(jì)洪峰流量采用推理公式計(jì)算成果。

距離桃河大橋上游不足5 km 處的華盛橋斷面，控制流域面積為503 km2，100 年一遇洪峰流量為3088 m3/s。由于兩個(gè)斷面的控制流域面積相差不到10%，可采用面積比擬法直接推算。將華盛橋斷面設(shè)計(jì)洪峰流量換算到設(shè)計(jì)斷面流域上，經(jīng)計(jì)算，桃河穿越段百年一遇洪峰流量為3223 m3/s。華盛橋斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量已經(jīng)相關(guān)部門審批，成果較為可信，因此，本次桃河大橋控制斷面百年一遇洪峰流量建議采用3223 m3/s。

1.3 壅水分析計(jì)算

1.3.1 河道水面線計(jì)算

水力計(jì)算采用一維恒定非均勻漸變流方程推算河道的水面線。一維恒定非均勻漸變流方程：

表2 溫河特大橋建橋前后河道P=1%水面線成果表

表3 溫河特大橋建橋前后河道P=10%水面線成果表

式中：Z 為水位，m；Q 為流量，m3/s；V 為平均流速，m/s；g 為重力加速度，m/s2；α、ζ 為分別為動(dòng)量修正系數(shù)和局部阻力系數(shù)；K為流量系數(shù)，由公式 K=A·R（2/3）/n確定，A、n、R 為分別表示過水面積、糙率和水力半徑[1]。

河床糙率主要根據(jù)本河段河床組成及床面、河灘特性。本次防洪評價(jià)確定糙率取0.03。河道水面線計(jì)算結(jié)果見表2、表3（以溫河特大橋?yàn)槔?，?jì)算了發(fā)生P=1%和P=10%建橋前后河道的水面線）

1.3.2 壅水分析

三郊河和蔭營河河道內(nèi)未布置橋墩，不會(huì)由于橋梁的建設(shè)使河道產(chǎn)生壅水，建橋后橋梁對河道行洪影響較小。

溫河特大橋所在河道為山區(qū)河流，河谷為窄深式，河寬為27 m 左右，橋下游河道突然束窄，過水?dāng)嗝鎳?yán)重減小，導(dǎo)致河谷產(chǎn)生壅水。由于溫河特大橋只有19 號橋墩位于右岸岸坡上，橋臺(tái)距離河底高差為18.86 m，而溫河建橋處斷面百年一遇設(shè)計(jì)水深為17.03 m，低于橋臺(tái)1.53 m，因此，發(fā)生百年一遇洪水時(shí)，設(shè)計(jì)洪水位低于橋臺(tái)高程，不會(huì)由于橋梁的建設(shè)使河道產(chǎn)生壅水，建橋后橋梁對河道行洪影響較小。

本文對其余五座橋墩在河道里的大橋建橋前后的壅水進(jìn)行分析。由河道水面線推算成果可以得出建橋后各橋橋前的壅水長度和高度，見表4。

表4 壅水高度及壅水長度表

從表4 可以看出，對五條河道的行洪影響較小。

1.4 河床沖刷計(jì)算

河床自然演變沖刷、一般沖刷和局部沖刷三部分組成了河床橋梁墩臺(tái)沖刷深度。參照鐵道部頒布的《鐵路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10017—99)中的相關(guān)公式可以計(jì)算出橋墩沖刷[7]。本次計(jì)算采用河道平順段沖刷深度1.0 m 作為河床自然演變沖刷深度。計(jì)算得各沖刷深度見表5。

表5 沖刷深度表

2 防洪影響綜合評價(jià)

2.1 擬建陽大鐵路涉河橋梁與現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性

擬建的石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋、三郊特大橋、蔭營河特大橋、桃河大橋、義井河大橋按照100 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，桃河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，義井河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，其余河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)均為10 年一遇，根據(jù)計(jì)算，這8 座擬建橋的防洪標(biāo)準(zhǔn)均高于或等于河道防洪標(biāo)準(zhǔn)，因此滿足防洪的要求。

2.2 擬建陽大鐵路涉河橋梁對河道行洪的影響

由于橋墩對河道洪水的擠壓，橋梁建成后，將在上游形成一定的壅水，隨著洪水流量的增大壅水高度隨之增大。由于橋址處過水?dāng)嗝娴臏p小以及橋墩的阻水作用，大橋建成后，建設(shè)橋址上游將形成壅水段。

三郊河和蔭營河河道內(nèi)未布置橋墩。溫河特大橋所在河道為山區(qū)河流，河谷為窄深式，河寬為27 m 左右，橋下游河道束窄，過水?dāng)嗝鏈p小，導(dǎo)致河谷產(chǎn)生壅水。溫河特大橋只有19 號橋墩位于右岸岸坡上，發(fā)生100 年一遇洪水時(shí)，設(shè)計(jì)水深低于橋臺(tái)，建橋后橋梁對河道行洪影響較小。

石店河大橋、牛村特大橋、桃河大橋和義井河大橋建橋后，最大壅水高度0.75 m，其相應(yīng)的最大壅水長度為315 m，對河道的行洪影響較小。

三郊河、葦泊河和蔭營河現(xiàn)狀河道不達(dá)10 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。蔭營河該段河道已被列入山西省山洪溝治理范圍，工程實(shí)施以后，10 年一遇的標(biāo)準(zhǔn)將在本河道實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)發(fā)生100 年一遇洪水時(shí)，石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋、三郊特大橋、蔭營河特大橋、桃河大橋、義井河大橋梁底高出水面最小高度均在4.7 m 以上?？梢姡€留有較大防洪空間，橋梁橫梁阻水和高度不足的情況是不會(huì)發(fā)生的。

2.3 擬建陽大鐵路涉河橋梁對河勢穩(wěn)定的影響

擬建的8 座大橋建成后，由于其中幾座橋梁的橋墩占用了一小部分河道，導(dǎo)致過水減少，因此在橋墩處產(chǎn)生水量壅積，泥沙淤積，從縱向看河床局部會(huì)產(chǎn)生一些輕微穩(wěn)定問題。

石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋和桃河大橋所在河道均為山區(qū)河道，三郊特大橋、義井河大橋兩岸均有堤防，蔭營河特大橋所在河道左岸有堤防，故洪水基本在河道內(nèi)行洪，平面上河道幾乎不會(huì)有大的擺動(dòng)。

2.4 擬建陽大鐵路涉河橋梁沖刷對橋梁的影響

三郊河特大橋和蔭營河特大橋橋墩布置在河道以外，河道內(nèi)未布置橋墩；石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋桃河大橋、義井河大橋橋梁的橋墩采用樁基礎(chǔ)，建橋后，各橋基礎(chǔ)埋深均大于總沖刷深度，橋墩樁基礎(chǔ)埋深均能滿足設(shè)計(jì)要求。

3 防治與補(bǔ)救措施

3.1 對河勢變化的防治補(bǔ)救措施

（1）當(dāng)發(fā)生河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，擬建橋梁橋墩阻水使水流方向、流速及河道兩岸沖刷發(fā)生改變，建議對橋梁兩岸上下游堤坡進(jìn)行防護(hù)。

（2）在河道橋墩上下游適當(dāng)對河底進(jìn)行防護(hù)，減少洪水對河道的沖刷，以確保橋梁的安全。

（3）鐵路部門應(yīng)對葦泊河特大橋所在河道進(jìn)行疏?；虿扇≌喂こ檀胧购拥罎M足相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 對河道管理影響的防治補(bǔ)救措施

所有橋梁汛期建設(shè)施工時(shí)，很多因素都會(huì)對河道行洪產(chǎn)生局部不利影響，比如建設(shè)施工現(xiàn)場內(nèi)所有的料場、便橋、設(shè)施、便道及生活區(qū)域等。在工程施工期過程中，施工單位要與當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T密切配合，制定科學(xué)的施工方案，按照施工程序，全方位安全度過施工期；在工程建設(shè)后期，要清理施工現(xiàn)場，清理現(xiàn)場廢棄物，盡可能恢復(fù)原貌，保證行洪安全順暢。

3.3 降低對環(huán)境、水質(zhì)影響的防治措施

在所有的橋梁施工過程中，要切實(shí)加強(qiáng)施工期間的管理：禁止向河道內(nèi)投放棄土和棄渣；施工期間禁止直接向河道排放生產(chǎn)和生活污水等，將施工期間對環(huán)境的破壞影響程度降為最低。努力做好水土保持工作，盡可能減少臨時(shí)占地對周圍生態(tài)環(huán)境的破壞程度，防止在橋梁建設(shè)過程中對河道的造成的破壞，與此同時(shí)，盡可能避免由于拖延施工進(jìn)度而出現(xiàn)意外事故進(jìn)而造成的損失。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋、三郊特大橋、蔭營河特大橋、桃河大橋、義井河大橋采用100 年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，從基本數(shù)據(jù)看符合國家2014 年6 月住建部頒布的《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-2014)規(guī)范要求。

（2）依據(jù)計(jì)算結(jié)果，100 年一遇洪水通過石店河段流量為87 m3/s，100 年一遇的洪峰流經(jīng)陰山河段峰值為1747.2 m3/s，溫河段100 年一遇洪峰流量為2697.8 m3/s，葦泊河段100 年一遇洪峰流量為661.5 m3/s，三郊河段100 年一遇洪峰流量為420.8 m3/s，蔭營河段100 年一遇的洪峰流量為470.4 m3/s，桃河段100 年一遇的洪峰流量為3223 m3/s，義井河段100 年一遇的洪峰流量為634.5 m3/s。采用本次防洪評價(jià)中100 年一遇洪水成果，經(jīng)對8 座大橋底部高程復(fù)核，均達(dá)到了100 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

（3）桃河設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，義井河設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，其他的河道設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇。牛村特大橋、石店河大橋、桃河大橋、義井河大橋建橋后，當(dāng)發(fā)生所在河道防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，最大壅水高度分別為0.41 m、0.53 m、0.56 m、0.59 m，溫河特大橋所在河道10 年一遇設(shè)計(jì)洪水位低于橋臺(tái)高程，經(jīng)復(fù)核，建橋后各大橋址均不會(huì)出現(xiàn)洪水漫堤及漫過路面現(xiàn)象，均能夠滿足所在河道防洪要求。葦泊河特大橋和蔭營河特大橋所在河道發(fā)生相應(yīng)河道防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，洪水漫過河岸，現(xiàn)狀河道均達(dá)不到防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。蔭營河該段河道已被列入山西省山洪溝治理范圍，治理好以后，該段河道設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)將達(dá)到10 年一遇，建議鐵路部門對葦泊河該段河道進(jìn)行疏浚，使河道滿足10 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 建議

（1）建議調(diào)整義井河大橋和石店河大橋的橋墩位置，盡量布置在河道兩岸，避免橋墩建設(shè)在河道內(nèi)影響河道行洪。鐵路部門對不達(dá)防洪標(biāo)準(zhǔn)的葦泊河特大橋所在河道進(jìn)行疏浚，使其滿足河道防洪標(biāo)準(zhǔn)。

（2）根據(jù)不同地段河道實(shí)際情況，對橋梁上、下游河道適當(dāng)進(jìn)行防護(hù)。特別是大橋上下游附近居民及企事業(yè)單位較多的河段，沿岸堤防安全具有重大意義，為確保下游安全，建議對沿岸堤防進(jìn)行適當(dāng)?shù)募痈呋蚣庸獭?/p>