基于深圳市坪山河調(diào)蓄池工程導(dǎo)流方案的優(yōu)化研究

張義周，馬永志

（中建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司,北京 100037）

1 前言

錦龍調(diào)蓄池位于深圳市坪山河K10+500 m~K10+600 m里程處,由于周邊用地條件有限,同時(shí)錦龍大道北側(cè)的混流箱涵出水口標(biāo)高35.07 m,設(shè)計(jì)河底標(biāo)高35 m。在錦龍大道上游50 m處河道內(nèi)設(shè)計(jì)一尺寸為100 m×50 m×4.5 m,調(diào)蓄容積20000 m3,橫跨坪山河兩岸。為保證正常施工,需將河水導(dǎo)流,原設(shè)計(jì)方案為分幅導(dǎo)流,優(yōu)化調(diào)整導(dǎo)流明渠整體施工,擬在調(diào)蓄池右岸修建導(dǎo)流明渠引流。導(dǎo)流明渠按雨季設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：五年一遇。設(shè)計(jì)渠底寬度10m,標(biāo)高35.5 m~35.0 m。近河側(cè)采用雙層12 m拉森Ⅴ型鋼板樁做圍堰,凈寬2 m,入土深度最大8 m,最小7.5 m。上層采取鋼筋對(duì)拉,內(nèi)填袋裝土；導(dǎo)流明渠施工區(qū)域原地面標(biāo)高41.0 m,按照設(shè)計(jì)要求,對(duì)土方進(jìn)行放坡開挖,坡比為1∶2,坡面采用短土釘掛網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。擬修建兩條橫跨導(dǎo)流明渠施工便道,寬度均為6 m,便道下均采用5根DN1500 鋼筋混凝土管引流[1]。

2 方案比選

2.1 方案1

分兩期導(dǎo)流施工,一期施工河道右岸基坑支護(hù)內(nèi)容及右岸調(diào)蓄池,池頂導(dǎo)流墻、右岸結(jié)合井地下泵房部分；二期施工左岸基坑支護(hù)內(nèi)容及左岸調(diào)蓄池、結(jié)合井地下泵房部分（見圖1~圖4）。

圖1 方案1一期導(dǎo)流平面布置圖

圖4 方案1二期導(dǎo)流剖面圖

圖2 方案1一期導(dǎo)流剖面圖

圖3 方案1二期導(dǎo)流平面布置圖

2.2 方案2

如圖4所示,采用導(dǎo)流明渠整體施工,利用現(xiàn)狀右岸空置地塊開挖導(dǎo)流明渠進(jìn)行導(dǎo)流,一次整體施工[2]。

圖5 方案2導(dǎo)流明渠整體施工平面圖

2.3 分析導(dǎo)流明渠過流能力及防洪度汛核算

由于方案1 導(dǎo)流行洪能力較好,滿足相關(guān)規(guī)范要求,不再進(jìn)行論述,僅對(duì)方案2 進(jìn)行詳細(xì)闡述。

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》[3-5],錦龍調(diào)蓄池導(dǎo)流明渠的洪水標(biāo)準(zhǔn)是5 年一遇,汛期也可以施工,但超過設(shè)計(jì)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)時(shí),基坑存在被淹沒風(fēng)險(xiǎn)。在汛期之前（4 月15日）需做好防洪物資準(zhǔn)備,應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案和其他度汛防護(hù)工作。

2.3.1 過流方式和過流能力核算

（1）導(dǎo)流管過流

前期目前設(shè)計(jì)為埋設(shè)5根DN1200 截污管,其過流能力為,出口無水,可根據(jù)非淹沒壓力流涵洞公式計(jì)算：

除出口損失系數(shù)以外的局部水頭損失系數(shù)之和：

式中：ε1為進(jìn)口損失系數(shù),取0.2；ε2為攔污柵損失系數(shù),無攔污柵,取0；ε3為閘門槽損失系數(shù),取0；ε5為進(jìn)口漸變段損失系數(shù),取0.2；ε6為出口漸變損失系數(shù),根據(jù)布置型式按下表查取,八字翼墻取0.5。

謝才系數(shù)：

式中：水力半徑R=A/χ,A為過流面積,χ濕周；n為糙率,砼管,取0.015；L為涵洞長度,6 m；I為管道縱坡,0；β2為修正系數(shù),本次計(jì)算取0.85；D為涵洞高度,高1.8 m；

H0為包括行近流速在內(nèi)的進(jìn)口水深38.62（5 年一遇水位）,河底高34.62深4.0 m,水流流速約為2 m/s（5年一遇洪峰流量245 m3/s,上游河道過流斷面約120 m2）,本次僅考慮進(jìn)口水深4 m（樁號(hào)10+250）。

綜上,如表1所示,將上述數(shù)據(jù)代入各參數(shù)計(jì)算：

表1 漸變段水頭損失系數(shù)表

對(duì)應(yīng)水力半徑：R=0.38

對(duì)應(yīng)謝才系數(shù)：C=0.38（1/6）/0.015=56.63

代入求得流量系數(shù)為：

5根管道總過流能力為：Q=47.6m3/s＜245 m3/s,不滿足要求。

（2）導(dǎo)流明渠過流

5年一遇洪水下,導(dǎo)流明渠流能力復(fù)核

（3）洪水位達(dá)圍堰頂高程時(shí)過流能力復(fù)核

圍堰頂高程為39.5 m,在基坑內(nèi)不進(jìn)水前提下,最大過流能力為：

經(jīng)計(jì)算Q=308.89 m3/s。

根據(jù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告,10 年一遇洪水流量錦龍調(diào)蓄池上游洪峰流量約306 m3/s,滿足洪峰流量要求,但洪水存在風(fēng)浪爬高和自然壅高,部分圍堰處將會(huì)出現(xiàn)漫溢現(xiàn)象。

2.3.2 防洪應(yīng)對(duì)措施

（1）通過上述計(jì)算,5根導(dǎo)流管不滿足汛期5年一遇洪水過流要求,但是汛期前出現(xiàn)洪水概率較小和工程建設(shè)需要,需要設(shè)置臨時(shí)導(dǎo)流管。為工程順利度汛,一方面加快工程建設(shè),提前拆除導(dǎo)流管；另外時(shí)刻關(guān)注天氣變化,若遇暴雨天氣,提前拆除導(dǎo)流管臨時(shí)道路,屆時(shí)再無防洪度汛風(fēng)險(xiǎn)[6]。

（2）經(jīng)核算,導(dǎo)流渠道過流能力達(dá)到10年一遇洪峰流量要求,過流斷面基本能夠滿足要求,不會(huì)使得河道上游壅水。

（3）在遇到超過10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)下,基坑將會(huì)淹沒,洪水漫溢基坑。因此工程需做好橙色以上暴雨應(yīng)急預(yù)案。根據(jù)雨情預(yù)警,做好應(yīng)對(duì)措施,力爭將風(fēng)險(xiǎn)、損失降到最低。

（4）建議盡快完成調(diào)蓄池側(cè)壁回填以及配套左右岸結(jié)合井施工,拆除導(dǎo)流圍堰,恢復(fù)河道行洪,再無防洪度汛安全。

2.4 方案實(shí)施對(duì)比

2.4.1 簡化施工工序,降低安全風(fēng)險(xiǎn)（1）方案2減少一次基坑開挖,同步減少一次內(nèi)支撐施工；（2）方案2無需分幅導(dǎo)流施工,減少土河道中部圍堰和鋼筋砼擋水墻的施工與拆除；

（3）方案2有效規(guī)避汛期施工,消除雨季河水漫堤安全隱患及河道行洪阻礙。

2.4.2 節(jié)約工期和成本

（1）方案1分幅施工,施工工期至少10個(gè)月,方案2在汛期前就施工完成,僅用5個(gè)月,節(jié)約工期150天。

（2）方案2減少了施工措施,節(jié)約成本。

2.4.3 施工質(zhì)量控制

（1）方案1一期建設(shè)右岸調(diào)蓄池,二期建設(shè)左岸調(diào)蓄池,將導(dǎo)致調(diào)蓄池中部預(yù)留施工縫,后期施工縫處理難度大,容易造成池體滲漏；方案2一次澆筑到位,可有效避免留設(shè)施工縫,確保工程質(zhì)量。

（2）方案2一次導(dǎo)流,可保證池體結(jié)構(gòu)在汛期來臨前施工完成,減少雨季對(duì)施工質(zhì)量的影響。

3 結(jié)語

綜合以上分析研究對(duì)比可知,方案2優(yōu)于方案1。方案2更有利于工程建設(shè),提高工程品質(zhì)及工程安全度汛等,最終選擇方案2進(jìn)行調(diào)蓄池整體建設(shè)。優(yōu)化后導(dǎo)流方案可給同行業(yè)河道綜合整治提供借鑒,值得推廣研究。