某电力线路改造穿越不牢河工程防洪评价计算

冯 露 刘锦雯

（1.安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院 合肥 230088 2.安徽省建筑工程质量监督监测站 合肥 230088 3.南水北调东线江苏水源有限责任公司 南京 210000）

某电力线路改造穿越不牢河工程防洪评价计算

冯 露1，2刘锦雯3

（1.安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院 合肥 230088 2.安徽省建筑工程质量监督监测站 合肥 230088 3.南水北调东线江苏水源有限责任公司 南京 210000）

本文以某电力线路改造穿越不牢河工程为例，根据出入土点选择、管线布置等穿越设计方案，详述了该工程在穿越不牢河改造防洪评价计算中的水文分析、壅水分析、冲刷分析及堤防稳定计算的过程。

电力线路改造 壅水分析 冲刷分析 堤防稳定计算

1 工程概况

某电力线路原有的供电线路35kV潘山线及110kV潘解线，采用架空方式穿越京杭大运河不牢河段，因电塔林立，影响安全和美观，该项目拟将对上述两条线路跨越方式改造为下穿，管线采用定向钻穿越，布置在京杭大运河不牢河段，其余为杆塔架线改造。两路电缆从河床底部穿越运河以后，原线路将报废拆除，拆除范围包括导线和铁塔，塔基不影响后期使用不做拆除。

2 穿越设计方案

2.1 出入土点选择和管线布置

工程采用定向钻穿越不牢河，最大孔径700mm。穿越管道设计总长为 628m，管道高程 30.56m～11.9m～30.65m，主要在含礓粘土层穿越。

入土点位于不牢河左岸，距左河口约220m，管线穿河处走向与河道水流方向夹角90°。入土点处地面高程30.56m，管沟挖深1.5m，入土角15°，入土坑尺寸为2m× 4m×1.5m。出土点位于不牢河右堤外，坐标为 X：39537157.525，Y：3798372.734，出土点处地面高程30.65m，管沟挖深1.5m，出土角为12°，距右堤外堤脚134.97m，出土坑尺寸为2 m×4 m×1.5m；管线河床平直段设计高程为11.9m，距现状河底（高程20.9m）埋深约9m。

2.2 管线规模与布置

孔内包裹6根DN200PE和2根DN110PE电缆线管，管线横断面示意图见图1。穿越出土后，采取电缆沟排管施工，排管深1.5m，北部长约30m，南部长约50m。穿越处不牢河两岸均设置穿越标志桩，河岸两侧设警示牌。

2.3 地震设防烈度

根据《建筑抗震设计规范》，拟建场地抗震设防烈度为七度区第二组，设计基本地震加速度值为0.10g，特征周期为0.40s。根据《建筑抗震设计规范》，场地内土层经现场标贯试验判断，该场地内土层不液化。

图1 管线横断面示意图

3 防洪评价计算

3.1 不牢河水文分析计算

3.1.1 洪水频率

依据《油气输送管道穿越工程设计规范》中水域穿越工程等级与设计洪水划分，不牢河穿越工程等级为大型穿越，设计洪水频率为1%，即100年一遇。水域穿越工程等级与设计洪水频率见表1。

表1 水域穿越工程等级与设计洪水频率表

3.1.2 行洪流量及水位

该项目在不牢河解台闸至刘山闸之间，在解台闸下游2.73km处穿越不牢河，工程处上游无支流河道汇入，两闸之间距离39.9km。按照《徐州市城市防洪规划》中分析计算结果，水文分析计算采用该段不牢河实测河道断面以及相应水位流量数据，按照水力学明渠恒定均匀流公式计算，计算得：该工程处100年一遇设计流量为575m3/s，相应水位为31.60m。

采用工程处100年一遇洪水的设计流量575m3/s，相应水位31.60m。

3.1.3 20年一遇行洪流量及水位

根据《江苏省水情防汛手册》，查得刘山闸上20年一遇设计洪水位27.08m，流量828m3/s；解台闸下20年一遇设计洪水位30.27m，流量500m3/s。该工程位于解台闸下2.73km处，区间无支流汇入，该工程处 20年一遇设计流量为500m3/s，相应水位为30.05m。工程处设计洪水见表2。

3.1.4通航水位

该工程位于解台闸和刘山闸之间,该段航道现状为Ⅱ级航道标准，根据交航计〔2013〕57号文：不牢河解台闸至刘山闸段最高通航水位28.88m，最低通航水位25.78m。

表2 工程处设计洪水表

表3 工程处冲刷计算成果表

表4 穿越处右岸堤防稳定计算选用物理力学指标表

表5 穿越处堤坡稳定计算结果表

3.2 壅水分析计算

该工程管道采用定向钻穿越河床，穿越管线长约628m，不存在阻水影响。管道在最低河底处以下深度9m，埋深较深，不会在河道内形成河床隆起，因此不会引起壅水。

3.3 冲刷分析计算

该工程建设处河道规则顺直，河道渠化。在河道发生设计洪水时，对河床的冲刷深度根据《河道整治设计规范》，计算工程处河床冲刷情况，计算公式如下：

hB=hp×[（Vcp/V允）n-1]

式中：hB—局部冲刷深度（m）；

hp—冲刷处水深（m），以近似设计水位最大深度代替；

Vcp—断面平均流速（m/s）；

V允—床面上允许不冲流速（m/s）；

n—与防护岸坡现状有关，一般取1/4。

Vcp按明渠均匀流公式计算：

Vcp=Q/A

式中：Q—流量（m3/s）；

A—过水断面面积（m2）。

根据《灌溉与排水工程设计规范》附录F，当河底为非粘土，R≠1.0m时，根据土质粒径和断面水深，非粘土河床面上允许不冲刷流速计算公式如下：

V允=（0.26～0.40）×Rα

当河底为粘土，R≠1.0m时，根据土质粒径和断面水深，粘土河床面上允许不冲刷流速计算公式如下：

V允=（0.75～1.00）×Rα

式中：R—为水力半径（m）；

α—指数，与断面处土质的密实度有关，松软的土料或土料层保护层，α取值1/3～1/4；中等密实和密实的土料或土料层保护层，α取值1/4～1/5。

该工程河床土壤为粉土取0.4。

R=A/X

式中：X—湿周（m），α取值1/4。

在设计洪水下，工程处冲刷计算成果表见表3。

由表3冲刷计算成果表可以看出，当遭遇100年一遇及20年一遇洪水时，穿越处不牢河处河底土质为粘土，平均流速小于允许冲刷流速，河底不存在冲刷。

3.4 堤防稳定计算

根据《堤防设计规范》第F.0.1、第F.0.3，施工期和水位降落期抗滑稳定安全系数采用总应力法计算，土的抗剪强度指标分别采用快剪和固结快剪指标；稳定渗流期抗滑稳定安全系数采用有效应力法计算，土的抗剪强度指标采用慢剪指标。

式中：b—条块宽度（m）；

W—条块重力，W=W1+W2+ρwZb（kN）；

W1—在堤坡外水位以上的条块重力（kN）；

W2—在堤坡外水位以下的条块重力（kN）；

Z—堤坡外水位高出条块底面中点的距离（m）；

u—稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力（kPa）；

ui—水位降落前堤身的孔隙压力（kPa）；

β—条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（°）；

γw—水的重度（kN/m3）；

Ccu、cu、Cu、u、C'、'—土的抗剪强度指标（kN/m3，°）。

根据地质勘探土工试验成果综合分析，堤坡稳定计算采用的各土层物理力学指标见表4。根据《堤防工程设计规范》要求，稳定渗流期抗滑稳定计算采用慢剪指标，水位降落期采用固结快剪指标。

穿越处不牢河右岸有明显堤防,左岸无堤防，仅对右岸堤防进行稳定计算。采用地质勘测报告中地质钻孔柱状图资料，稳定计算选用的物理力学指标见表5。

计算采用瑞典圆弧法，计算结果见表5。

根据以上计算结果，结合地质条件综合分析可知：该工程实施后，管道穿越处堤防的抗滑安全系数均满足规范要求，可以判断此段河道岸坡稳定