小清河复航工程滨州段倒虹工程施工导流设计

纪诗闻

（青岛市水利勘测设计研究院有限公司,山东 济南 250013）

1 项目概况

小清河复航工程滨州段位于山东省滨州市邹平县和博兴县境内,受复航影响的倒虹有5 座,分别为魏桥倒虹、西码头倒虹、胡楼干渠倒虹、道旭过清倒虹、一干过清倒虹,均为穿越小清河的引黄灌溉倒虹。以上5 座均建成于20 世纪80 年代,倒虹本身存在洞身破损、止水失效、渗漏严重等情况；航道开挖后,航道底高程降低较大,穿河洞身将高于复航后的河底高程；道旭倒虹、一干过清倒虹处河道采用直立式挡墙护坡,挡墙紧靠大堤堤脚,将会破坏倒虹两岸进出口及连接段。综合以上情况,拟对滨州段涉及的5 座倒虹在原址进行重建。

滨州段倒虹结构基本类似,倒虹自上至下依次为进口连接段、进口闸室段、洞身段、出口控制段、出口连接段。

2 施工特点

倒虹工程横跨小清河主河槽,施工期导流问题较为突出,且倒虹担负着供水任务,施工期间需同时满足供水任务不中断要求,为确保施工期间供水任务不中断,倒虹拆除前需修建完临时供水设施,以满足施工期间调水需求。因此本工程具有施工难度大,任务重,难以在一个非汛期内完成,施工技术要求高等特点。

3 工程条件

3.1 水文气象

小清河流域属华北暖温带半湿润季风型大陆性气候,年内四季分明,温差变化较大。冬季多东北风和西北风,寒冷干燥,降水量稀少；夏季高温炎热,多东南风和西南风,冷暖空气活动较频繁,为暴雨洪水主要发生期。流域内较大的暴雨洪水多发生在7月、8月。

小清河多年平均降雨量为641.5 mm,主要集中于汛期（6月～9 月）,多年平均开始封冻日期为12 月23 日,多年平均最后开河日期为2 月3 日,多年平均实际封冻天数为14 天,历年最大冰厚为0.20 m。小清河流域多年平均日照总时数达到2700 h左右,多年平均气温12.6℃,极端最高气温42.8℃,极端最低气温-25.1℃,历年最大风速22 m/s,最大冻土深度为55 cm,多年平均水面蒸发量为1000 mm～1200 mm,无霜期在200 天以上。

3.2 地形、地貌与工程地质

小清河流域地形复杂,属于山丘平原混合型。南部为低山丘陵区,除鲁山海拔为1108 m外,其余均系800 m以下的低山丘陵。各支流下游至小清河干流之间主要由山前冲积洪积扇和黄河冲积平原组成。地势由南向北倾斜,地面坡降由1/500 逐渐减小为1/1500～1/3000。

工程区地层主要为第四系全新统地层,主要岩性特征为冲积层,其岩性为粉质黏土、粉土、粉砂、粉细砂、细砂、黏土。

4 施工导流设计

4.1 导流标准

依据《水利水电工程施工组织设计规范》[1],并考虑导流建筑物保护对象、失事后果、使用年限及工程规模确定本工程导流建筑物级别为4 级,相应的土石结构导流建筑物洪水重现期范围为20 年～10 年,考虑到导流建筑物失事后仅对建筑物的施工产生影响,确定导流建筑物采用10 年一遇洪水标准。

4.2 导流时段

本工程所处流域内年降水量集中在汛期,需要满足防汛调度的要求,为避免阻碍行洪,受水位影响的主体工程安排在非汛期完成,根据工程规模和施工进度的安排,同时结合导流流量计算成果,考虑到非汛期的10 月和5 月属于汛前和汛后的过渡期,常有较大洪水,确定施工导流时段为非汛期的11 月～次年4 月。

4.3 导流方式

5座倒虹采取的施工导流方式为分期导流,均采用一次拦断河床的明渠导流方式。考虑到5 座倒虹工程施工期间还需要继续承担现状灌区供水任务,故拆除重建前需修建临时供水倒虹,替代施工期间原倒虹的供水任务。因此,倒虹工程安排于两个非汛期内完成,第一个非汛期主要施工临时供水倒虹,第二个非汛期主要施工5 座跨河倒虹工程。

1）临时供水倒虹

为确保滨州段5 座倒虹施工期间供水任务,倒虹拆除前需修建完成临时供水倒虹,以满足施工期间调水需求。

本工程供水倒虹拟采用在现状的倒虹上游或下游修建临时供水管涵或箱涵方式,魏桥倒虹工程和西码头倒虹工程设计流量分别为10 m3/s、5 m3/s,设计流量相对较小,拟采用临时供水涵管方案,进口和出口与原渠道相连。胡楼干渠倒虹工程、道旭过清倒虹工程及一干过清倒虹工程设计流量分别为35 m3/s、15 m3/s、20 m3/s,设计流量相对较大,拟采用临时箱涵倒虹方案,进口和出口与原渠道相连,5 座临时供水涵管和倒虹进口与出口均设进出口闸与原供水工程连接。

采用此方案修建的临时供水倒虹不再拆除,可作为以后永久倒虹备用检修工程,临时供水倒虹施工前需在主河槽修筑围堰,一侧滩地开挖导流明渠的导流方式。

临时供水倒虹先期安排在第一个非汛期11 月~1 月,完成主河槽段临时供水涵洞,施工前在小清河主河槽内的临时供水涵洞上下游修筑围堰挡水,利用左岸开挖的导流明渠下泄上游来水。

由于临时导流明渠布置在左岸,明渠过水期间,其下部涵洞无法实施,左岸临时供水涵洞工程施工只能安排在非汛期2 月~4 月,施工期来水通过小清河主河槽泄流。

2）永久倒虹工程

永久倒虹工程施工前也需在主河槽修筑围堰,采用明渠导流方式。具体导流措施与临时涵管基本相同。

第二个非汛期11 月~1 月,先施工主河槽段及左侧部分倒虹,在主河槽段倒虹上下游修筑围堰挡水,利用右岸开挖的导流明渠下泄小清河上游来水,同时5 座倒虹施工时需在进出口位置修筑挡水围堰,防止渠道水倒灌基坑,5 座倒虹下游供水需求均通过新修建的临时供水设施调水。

第二个非汛期2 月~4 月,主要施工河道右侧部分倒虹及进出口部分闸门的施工,施工期小清河内的水通过主河槽下泄上游来水。

5 导流建筑物设计

1）围堰断面设计

5 座倒虹工程临时涵管第一个非汛期一期上下游围堰堰体全部采用土围堰填筑,堰顶顶宽3.0 m,迎水面、背水面水上部分边坡均为1∶2.0,水下边坡为水中倒土自然坡,约为1∶4。为防止迎水面风浪冲刷破坏围堰边坡及堰体,迎水面铺设两布一膜复合土工膜防护。上游护面采用编织袋装土护砌,厚度为0.3 m。

根据本工程确定的导流方式,各倒虹主体工程施工需要考虑灌溉期引水问题,进出口闸门拆除后,为防止进出口渠道内的水倒灌基坑,需在进出口修筑挡水围堰,围堰采用编织袋装土垒砌,围堰底高程按现状渠道渠底高程为准,围堰挡水位按引黄渠道调水位控制,考虑到安全超高0.5 m后作为围堰顶高程,堰顶宽3.0 m,迎水坡、背水坡边坡均为1∶0.5,迎水面铺设两布一膜复合土工膜防护。

2）导流明渠设计

根据水力学计算,导流明渠设计指标见表1,导流明渠开挖顶高程按现状平均滩地高程控制。

表1 导流明渠设计指标表

3）临时供水设施设计

临时供水倒虹功能主要是为了满足主体工程倒虹施工期间调水,不因施工中断输水,且作为以后的主体倒虹维修备用,该临时供水设施设计需考虑小清河航道扩挖后断面底高程,不影响以后通航,还需满足原倒虹输水流量,综合以上信息,临时供水设施设计规模采用永久建筑物规模。

魏桥倒虹工程及西码头倒虹工程临时设施采用临时涵管方案,魏桥临时涵管直径采用Φ2.0 m双管,西码头临时涵管直径采用Φ2.0 m单管。现状胡楼干渠倒虹工程、道旭过清倒虹工程及一干过清倒虹工程供水规模较大,采用管道的结构型式,造成沟槽开挖断面较大,且需管材较多,投资费用较高,故临时供水设施采用主体工程结构相同的暗涵布置型式。

6 结语

本工程具有施工难度大,任务重,难以在一个非汛期内完成,施工技术要求高等特点。根据地形、地质条件、建筑物布置型式以及倒虹工程施工期间调水任务不能中断的具体情况,并考虑导流流量的大小等诸多因素,本工程采用修建临时供水倒虹的方案,施工导流分期进行,采用一次拦断河床的明渠导流方式。该导流方案设计合理、安全、可靠,可为相关工程提供参考。