涉河管道开挖工程防洪影响评价及措施

陈 婷

（诸暨市水利局）

1 工程概况

1.1 工程建设项目概况

为满足城乡供水需求，推进城乡供水一体化进程，确保城市供水安全，诸暨市拟开展城北水厂及城乡供水管网配套工程建设。该工程主要建设内容包括城北水厂和原水管道、“三环线”沿线配水管道、店口镇供水管道和泵站、市域主干配水管道和泵站四个部分。其中“三环线”输配水管管径介于DN600 ～DN1400之间，管线先后穿过浦阳东江、浦阳江西江、渎溪江、浦阳江、洪浦江、开化江等河道，穿越河道方式主要包括大开挖、管桥、牵引管等，其中大开挖方式穿越河道处管顶距河底≥1 m，并外包混凝土。

1.2 管道大开挖段基本情况

工程引水管道从石壁水库引水隧洞接出后，先后10 处穿越璜山江，其中陈宅镇（5处）、璜山镇（3处）、街亭镇（1处）均采用大开挖方式穿越河道，沿河道铺设和倒虹吸管过江处采用混凝土包管，管道全线按管顶覆土深度≥1 m控制。

1.3 管道大开挖段施工方案

管道穿越璜山江、浦阳江西江以及沿河道内和河漫滩铺设处施工采用大开挖施工方案：即在管道穿堤处，破堤挖开缺口，把管道埋置好，再把堤防缺口用筑堤土方回填形成新的土堤，把破开的堤防按原堤修复。

2 大开挖施工穿越河道防洪评价计算

2.1 水文分析计算

2.1.1 设计暴雨计算

采用石壁水库站为代表站，暴雨系列采用1961—2011 年共51 a（部分缺测年份采用邻近流域陈蔡站插补），采用PⅢ理论频率曲线进行目估适线，并通过协调各适线参数使得理论频率曲线与经验点群的拟合总体达到最优，最终确定设计暴雨，计算成果表如表1所示。

2.1.2 设计雨型

表1 设计暴雨成果表

根据《浙江省短历时暴雨》图集使用说明，最大24 h雨量置于三日当中的第二日，第一、三两日雨量分别为三日雨量减去24 h 雨量之差的60%和40%。暴雨时程分配以暴雨衰减指数Np值控制。采用暴雨公式计算时段雨量，按《浙江省短历时暴雨》中的24 h雨型排列。暴雨衰减指数Np由《浙江省可能最大暴雨图集》等值线图，同时参考《浙江省短历时暴雨》图集短历时暴雨分析成果，取Np=0.65。

2.1.3 设计洪水

产流计算采用扣损法，假定土壤最大含水量为100 mm，土壤前期含水量为75 mm，则初损为25 mm。最大24 h雨量后损为1 mm/h，其余几日后损为0.50 mm/h。集雨面积<50 km2，采用推理公式计算设计洪水。集雨面积＞50 km2，采用瞬时单位线法计算设计洪水。璜山江各断面设计洪水成果见表2。

2.2 壅水分析计算

璜山江属于山区性河道，坡陡流急，水利要素变化大，本次采用恒定流水面推算方法，基本方程为：

式（1）中：Z1、Z2—上、下游断面水位；V1、V2—上、下游断面平均流速；Q—断面间流量；ΔL—断面间距离；ξ—局部阻力系数；α—流速系数；K—平均流量模数。

经计算，由于原水管道穿越堤防和沿河道铺设管段管顶基本在河底规划标高以下1 m，不会在河道内形成凸起物，河道过水断面不发生变化，因此工程实施不会引起河道内雍水，对河道行洪无影响。

表2 璜山江各断面设计洪水成果表

2.3 冲刷分析计算

目前河道自然冲刷计算公式较多，本次采用《堤防工程设计规范（GB 50286-2013）》推荐公式。根据地质勘察报告，管道穿越处河槽主要为砾砂，层厚0.30～3.00 m，一般粒径2.00～20.00 mm。按《堤防工程设计规范（GB 50286-2013）》，水流平行于岸坡产生的冲刷可按下式计算：

式（3）中：ΔhP—局部冲刷深度（m），从河底起算；α—水流流向与岸坡交角（°）；m—防护建筑物迎水面边坡系数；d—坡脚处土壤计算粒径（cm），为0.80 cm；Vj—水流局部冲刷流速（m/s）。

经计算，璜山江遭遇20 a一遇洪水冲刷时，管道仍不出露河床，但部分管线顶部覆土厚度不足1.00 m，不满足管线埋设要求。

3 防洪综合评价

管道采用大开挖施工工艺穿越河道，管道穿堤后按原堤标准修复，不改变原堤防堤顶高程，也不改变原堤防结构型式和尺寸大小，因此，符合两岸现有堤防的防洪标准和规划的防洪标准要求。

管道穿越璜山江及三环北线输水管穿越浦阳西江时，采用大开挖方式穿越河道两岸防洪堤，穿堤管道与堤身填土间容易形成接触渗漏，洪水期间，在外内水头差的作用下，易造成接触渗透破坏，危及堤防安全。

沿璜山江铺设的原水管道先后穿越陈家上堰、陈家中堰两座堰坝，管道埋设于堰坝地基土层内，采用大开挖施工方式，管壁与地基土层容易产生接触渗漏，影响堰坝正常使用。部分管线距离防洪堤较近，管线铺设会破坏原有堤身结构，影响防洪堤的安全运行。

4 大开挖穿堤施工影响的防治措施

第一，管道施工采用大开挖方案，管道外采用混凝土包管。建议穿堤管道及穿越堰坝管道布置两处截渗环，以增加渗径长度，同时管道周围回填1.00 m厚的防渗粘土，分层铺设、逐层夯实，以满足管道穿越处堤防的渗流安全及堰坝的正常使用要求。第二，对大开挖敷设方式穿越的各河道岸坎需采取防护措施，防护长度应由开挖上口边线向上、下游各延伸长度≥20 m，护砌基础应置于冲刷线1 m以下。第三，工程原水管穿越璜山江部分管段遭遇20 a一遇洪水冲刷后，管顶覆土厚度<1 m，为保证管道运行安全，建议调整管线埋设标高或抛填大块石防冲保护。为减小顺河铺设管道施工开挖时对防洪堤脚防冲结构的影响，建议管线与堤防外边线最小距离≥5 m。第四，合理安排工期，尽量避免汛期在河道内施工。在河道内产生的弃渣和其它阻碍行洪的临时建筑物应尽快清理，不得在河道中弃土、堆渣，施工后需恢复河道原貌。汛期施工时要做好防汛应急预案，并请有关部门批准，确保工程顺利施工和安全度汛。工程投入运行后要做好防洪应急预案，报有关部门批准后严格执行。

5 结论

第一，工程管道采用大开挖施工工艺穿越河道时，穿河管道均不出露河床，管道不占用河道行洪面积，对江道水流动力、深槽、岸滩等均无影响。第二，穿堤管道与堤身填土以及管壁与地基土层容易产生接触渗漏危及堤防、堰坝安全。第三，建议管道穿堤时布置两处截渗环，以增加渗径长度，管道周围回填1 m厚的防渗粘土；开挖时，防护长度应≥20 m，护砌基础应置于冲刷线1 m以下。