景电二期延伸向民勤调水工程输水建筑物型式比选

谢世良

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

0 前言

甘肃省武威市景电（景泰川电力提水）二期延伸向民勤调水工程主要任务是确保石羊河蔡旗断面实现年调水水量近期2010年年调水0.49亿m3，远期2020年不小于0.79亿m3的目标，以增加石羊河尾闾青土湖的生态补水量，改善区域生态环境。工程建设主要内容是将景电二期向民勤调水渠下段河道整治工程调整为民勤调水渠道延伸工程，自建成通水运行的民调工程末端新建长24.57 km渠道，将民调水量输送至蔡旗水文站上游汇入石羊河，同时考虑利用民调延伸工程加大调水3000万m3至石羊河蔡旗断面，以最大程度发挥工程效益。

工程输水渠线主要位于洪水河右岸武威盆地冲洪积平原及沙漠戈壁上，工程区地理环境特殊，地形落差较大，纵坡较陡。本文根据输水渠线穿越的地形、地貌、地理与地质环境条件，以及工程技术特性，对主体建筑物输水方式及其结构型式，通过综合技术经济的分析比选。

1 输水方式选择

输水渠线基本按垂直等高线下行布置，地形落差较大，渠道纵坡较陡，输水水头富余，具备采用自流重力方式输水的良好技术条件，可选择采用无压明流输水及有压管流输水两种输水方式。无压明流输水方式主体建筑物主要为明渠、暗渠及管道，有压输水方式主要采用管道。输水渠（管）线下游段两种输水方式工程量相差不大，工程投资主要取决于渠（管）输水断面尺寸及其材质。

渠道全线分段加大输水流量2.57 m3/s～6.3 m3/s不等，变幅较大，最大变幅绝对量为3.73 m3/s，渠（管）道断面以最大输水流量控制。

无压明流输水暗渠可选用钢筋混凝土箱涵，以及普通钢筋混凝土管及玻璃钢夹砂管两种管型。有压输水管道可选用预应力钢筋混凝土管及玻璃钢夹砂管两种管型。由于渠线纵坡较大，采用有压输水方式时，输水管径略小于无压明流输水管径，且因对管材要求较高，因此，相应投资较高；采用无压明流输水时，玻璃钢夹砂管较高，钢筋混凝土箱涵及普通钢筋混凝土管道投资较低，若采用明渠输水，则投资可进一步降低。

有压输水方式管径按照满足最大流量过流，综合考虑总水头损失及经济流速等因素设计，在小流量输水时，为避免管道出现明满流交替的不良流态，保证管道内形成稳定压力流，沿途需分段设置水流调控设施，增加工程投资的同时，也给工程运行管理带来不便。

依据渠线输水流量、水头、纵坡等工程技术特性，无压明流输水方式渠道在不同流量下均为自由水面，仅渠内水深及流速不同，对渠道运行及其管理影响程度相对较小。综上，景电二期延伸向民勤调水工程渠道全线采用无压明流输水方式。

2 输水建筑物型式选择

景电二期延伸向民勤调水工程输水渠全线采用无压明流输水方式，输水渠线后段占地类型基本为农田耕地，采用梯形明渠时，渠道口宽较大，永久占地相应较多。本着尽可能减少占用耕地，减轻对土地现状影响的原则，输水渠道断面应采用暗渠及矩型明渠两种型式。暗渠输水型式主要有现浇钢筋混凝土箱涵及各类管道，依据设计纵坡与输水流量，考虑无压明流输水管道内净空高度与净空面积的限制要求，经分析计算，管径应不小于2.0 m。

经对目前国内应用相对较为广泛的各类材质管道进行比对筛选，考虑投资低、适用性强、管理方便，以及施工简单快捷等因素，适宜的管道类型主要有普通钢筋混凝土管、高密聚乙烯螺旋管（HDPE管）、玻璃钢夹砂管（FRPM管），以及预应力钢筒混凝土管（PCCP管）。

玻璃钢夹砂管（FRPM管）及预应力钢筒混凝土管（PCCP管）由于口径较大，造价较高，经济性较差，不宜采用；高密聚乙烯螺旋管（HDPE管）难以适应沙漠戈壁环境，且施工要求严格，管护维修不方便，因此，也不予考虑。重点对现浇钢筋混凝土箱涵及普通钢筋混凝土管进行比选。

2.1 现浇钢筋混凝土箱涵

现浇钢筋混凝土箱涵为最常用的输水建筑物结构型式之一，应用广泛，结构可靠，已有大量成功的设计、施工及运行经验，实际运行检验效果较好，可广泛适应多种地形、地貌及地基工程地质条件，且渠身结构相对简单，渠道分段长度可达10.0 m～15.0 m，总体分段接缝少，可全面有效控制减少渠道渗漏，同时，具备全线分段同时施工的条件，对工期安排影响小。

2.2 普通钢筋混凝土管

普通钢筋混凝土管抗内外压强度较高，使用寿命长，管道接口采用柔性橡胶圈密封止水，具有施工方便、造价低、抗震能力较强、不易结垢、耐腐蚀等技术特点，但口径较大时，施工运输及安装难度加大。因其接口处材料刚性及强度较为脆弱，易出现脱节及开裂，且直径大于2.0 m的管节长度一般仅为2.0 m，造成管道接口较多，不利于防渗。

2.3 综合分析比选

两种输水结构型式均投资相对较低，且都具有明显的优缺点，故重点考虑防渗要求，普通钢筋混凝土管易出现脱节及开裂，且管道接口众多，不利于防渗，而现浇钢筋混凝土箱涵单跨长度较长，接缝相对较少，且接缝处可做到可靠止水，防渗效果好，并运行可靠性方面明显优于普通钢筋混凝土管。现浇钢筋混凝土箱涵及普通钢筋混凝土管主体建筑工程投资情况见表1。工程投资方面，现浇钢筋混凝土箱涵技术方案具有明显的经济性。

表1 工程投资比较

现浇钢筋混凝土箱涵暗渠卫生防护条件较好，输水水质受外界环境污水及污物等污染影响甚微，密闭环境输水水量不产生蒸发损失，且不受非法截流影响，对自然条件、地形、地物、穿越障碍物，以及地理环境条件的适应性强，限制少。箱涵暗渠占地相对较少，输水线路所经之处破坏少，易恢复，对原有自然生态影响相对较轻。工程运行期箱涵暗渠维护工作量少，管理方便。箱涵暗渠渠顶回填一定深度后仍可作为农田耕种，可有效减少工程占地及保持现有地块的完整性，最大限度减轻对现状灌区自然条件的改变。明渠输水在沙漠戈壁环境中，水量蒸发损耗大，且存在人为非法截流可能性，卫生防护条件差，易受外界环境影响，水质污染难以避免。明渠永久性占地相对多，对原有自然环境影响相对较严重，工程运行期维护管理工作量相对较大。景电二期延伸向民勤调水工程输水渠下游渠段穿越村庄或距村庄较近，输水受人为等外界环境影响较重，确保水质不受污染及防止非法截流，是工程设计的重要考虑因素。

经技术经济综合分析比较，景电二期延伸向民勤调水工程输水渠全线采用无压明流现浇钢筋混凝土箱涵输水结构型式，典型现浇钢筋混凝土箱涵横剖面见图1所示。箱涵现浇钢筋混凝土设计强度C25F150W6，一般地段夯填厚300.0 mm砂砾石换基处理，遇湿陷性土层且厚度大于300.0 mm地基时，将湿陷性土层全部清除，采用含土量小于8.0‰的风积砂换填，然后在其上填筑砂砾石至设计建基面，渠堤两侧边坡采用草方格护坡。

图1 典型现浇钢筋混凝土箱涵横剖面（尺寸单位:mm）

3 结语

经比选，确定全线采用无压明流输水方式，现浇钢筋混凝土箱涵输水结构型式。实践表明，现浇钢筋混凝土箱涵暗渠运行良好、管理及维护方便，确保水质安全，最大限度降低了水量蒸发及渗漏损失，杜绝了非法截流，对特殊地理环境适应性强，渠道沿线工程建设开挖现已覆土恢复农田耕作，最大限度减轻了对原灌区的影响。钢筋混凝土箱涵的使用，使输水保证率达到95.0%以上，实现了设计目标，对于巩固提升石羊河流域治理成果，恢复和改善流域生态环境。可为类似地理环境及生态保护区水利工程输水建筑物选型提供良好借鉴。