特大桥跨牛牯斗水库安全评估及防治措施研究

沈 宇

(广东河海工程咨询有限公司深圳市分公司， 广东 深圳 518000)

1 工程概况

赣深高速铁路是京九客运专线的最南段部分，作为中国南北大通道京港高速铁路的重要组成部分，是沟通南北经济文化交流的重要纽带。赣深铁路自赣州西站南端引出，一路向南途经赣州、河源、惠州、东莞、深圳五市，线路全长436.37 km，铁路等级为国铁Ⅰ级，属双向电气化客运专线，设计时速为350 km/h[1]。

项目在建设过程中，赣深铁路塘厦至深圳北段站前工程(GSSG-10标段)水田特大桥位于深圳市宝安区，桥梁依次跨越石岩外环路、牛牯斗水库、石观路、沈海高速、待建石青大道，之后接入伯公坳一号隧道。水田特大桥建设范围位于牛牯斗水库蓝线内，主要涉及0#～11#桥墩，其中3#～7#墩位于牛牯斗水库水域中，其余墩位于水库岸坡上。为全面掌握水田特大桥建设对水库行洪及周边环境的影响程度，须进行科学合理的涉水安全评估，并提出针对性的防治措施。

2 安全评估计算复核

2.1 水库工程概况

牛牯斗水库位于深圳市宝安区石岩街道，为解决石岩街道居民生活用水于1991年兴建，总库容92.48万m3。现水库主要功能为防洪，主要由主坝、溢洪道、输水涵及管养房等四大主体结构组成，属小(2)型水库，Ⅴ等工程，主要建筑物级别提升为4级。牛牯斗水库工程特性如表1。

表1 牛牯斗水库工程主要特性

2.2 计算复核内容

水田特大桥跨越牛牯斗水库库区而建，但未跨越水库溢洪道及大坝等主要水工建筑物，其3#～7#桥墩位于水库水域范围内，会占据部分水库库容，因此水库调洪库容将有所减少，需要采用扣除桥墩后的水位～库容曲线进行洪水调洪演算分析[2]。

2.3 设计洪水

利用广东省综合单位线法和推理公式法分别对设计洪水进行计算，计算成果对比见表2。由表可以看出两种计算方法，牛牯斗水库设计洪水的结果相差较小(均小于20%)。根据《广东省暴雨径流查算图表使用手册》的规定[3]，设计洪水采用综合单位线计算成果是合理的。

表2 牛牯斗水库设计洪水计算结果比较

2.4 调洪演算

2.4.1 水库水位～库容～泄量曲线

牛牯斗水库泄洪设施为明渠式溢洪道，进口为底宽5 m、高2.5 m的箱涵，进口底高程87.2 m，溢洪道最大泄量32.6 m3/s。桥墩墩柱采用双线圆形桥墩，3#桥墩根部尺寸为7.49 m×3.23 m，顶部尺寸为7.25 m×3.00 m；4#、5#、6#桥墩根部尺寸为9.54 m×4.54 m，顶部尺寸为8.0 m×3.0 m；7#桥墩根部尺寸为7.53 m×3.28 m，顶部尺寸为7.25 m×3.00 m。工程运行期水田特大桥有5个桥墩位于水库正常蓄水位以下，占据了部分库容；桥下基础施工期间采用土方填筑形成施工平台进行施工，亦会占用部分库容，因此建设项目在施工期和运行期均会对牛牯斗水库库容产生影响。根据《水田特大桥水中墩专项施工方案》，施工平台高度与填方量对应为：82.5 m(填筑高度)，6012.2 m3(填方量)；83.5 m(填筑高度)，10834.0 m3(填方量)。经计算，牛牯斗水库现状及水田特大桥施工期、运行期水库的水位～库容～泄量曲线见图1。

图1 牛牯斗水库水位～库容～泄量曲线

2.4.2 调洪演算成果分析

(1)施工期起调水位。根据建设项目施工方案，施工期当库水位超过控制水位80.5 m时采用10台大功率抽水泵(500 m3/h)进行不间断抽水，并以此水位作为施工期的起调水位。

(2)运行期起调水位。牛牯头水库正常蓄水位87.2 m，由于水库建设年代久远，未设定汛期限制水位，因此以正常蓄水位作为运行期起调水位。

水库调洪演算根据水量平衡原理[4]，发生洪水时，施工期通过抽水泵来泄水；当水库高于正常蓄水位87.2 m时水库通过明渠来自由敞泄。经计算，水田特大桥在施工期和运行期不同工况下，水库调洪演算成果见表3和图2。由计算结果可知，运行期在校核洪水位(89.0 m)工况下，建设项目占用水库库容为0.17万m3，基本不影响水库防洪要求。

表3 牛牯斗水库调洪计算成果

图2 水库调洪演算成果

2.4.3 高程复核分析

(1)施工平台高程。牛牯斗水库为小(2)型水库，根据《水利水电施工组织设计规范》(SL 303—2017)度汛标准按5～10 a一遇标准设防，本次施工洪水经复核，平台的施工高度满足10 a一遇(P=10%)施工洪水标准。由表4可知，水库施工期设计洪水标准(P=2%)和校核标准(P=0.2%)最高库水位均比原设计值低，但水库最高库水位高于施工平台填筑顶高程(83.5 m)，在洪水来临时会漫过施工平台，施工平台存在垮塌风险。因此在施工平台中埋设两根DN1500的混凝土管以连通平台两端水域，以降低施工溃决概率。

(2)坝顶高程。运行期，在设计洪水标准下(P=2%)，水库水位较现状水库水位高出0.01 m。对坝顶超高进行复核可知，现状坝顶高程为90.38 m，防浪墙顶高程为91.06 m，高于运行期校核标准(P=0.2%)下最高库水位(89 m)，因此项目在施工期和运行期均能满足水库防洪要求。

3 水库安全综合评估

3.1 施工期及运行期对水工程稳定性的影响

(1)施工期。水田特大桥为桥梁工程，桥梁基础为钻孔桩基础，先埋设长护筒后再进行桩基施工，桩基的所有施工过程均在护筒内完成。受护筒制约，施工过程中水平方向的荷载都被约束在钢套筒内，对周边土体产生的侧向压应力很小；施工期间会在牛牯斗水库管理范围内进行承台基坑支护开挖，由于桥墩承台基坑开挖较浅，且用地红线距离牛牯斗水库大坝最小距离为34.32 m，该处桥墩布置位置高程(≥97.55 m)较高，因此建设项目施工期间对水库构筑物的扰动较小，对水库大坝的稳定性无影响。

(2)运行期。运行期桥梁和车辆荷载通过桩基传递给稳定的弱风化基岩层[5]，运营期对水库周边土体和水库构筑物的扰动较小，因此建设项目运营期对水库的稳定性无影响。综上，建设项目施工期和运行期对水工程稳定性无影响。

3.2 施工期及运行期对水工程供蓄水安全的影响

(1)施工期。建设项目通过在库区填筑施工平台进行施工，施工过程中土方的开挖和填筑以及施工过程中的废弃物势必会对水库水质造成影响。施工期采用的机械设备有挖掘机、推土机、旋挖钻机、汽车吊等，此类机械设备可能会产生废油或油料泄漏，因此施工期间施工废油、废液应集中储积、集中处理。经查验水田特大桥的专项水土保持方案可知，施工期间采取的水质及水土保护措施较为合理，但对水质仍有一定的影响，主要影响水质的物质为泥沙。工程建成后，会对水库进行清库，同时接受第三方水质及地形检测，以减少工程建设对水库造成的影响。

(2)运行期。建设项目运行期桥面排水引至墩顶排水管，随后在梁底安装顺桥向的集水管接入市政排水系统。建设项目运行期，路面污染物质可能通过路面径流流入水库库区内，造成水质污染。因此铁路工务段应加强桥面排水系统的管理，确保排水设施正常运行。

3.3 施工期及运行期对水工程相关水利规划的影响

目前牛牯斗水库没有进行扩建的规划。由于牛牯斗水库补水工程距离水田特大桥最短距离为86 m，项目施工期与该水利工程红线范围无交叉，施工期和运行期均不会对其造成影响。因此，水田特大桥的建设不会对相关水利规划造成影响。

3.4 对第三方合法水事权益的影响

牛牯斗水库的主要功能为防洪，不存在第三方取用水，因此建设项目施工期和运行期均不会对第三方合法水事权益造成影响。

4 结 论

(1)水田特大桥跨牛牯斗水库而建，部分桥墩位于库区水域范围内，对水库的运行管理、防洪及水质等会带来不同程度的影响，因此须进行涉水安全评估。

(2)建设项目3#～7#桥墩均有墩柱及基础位于水下，且施工期在库区内填筑施工平台施工，占据了部分库容，因此在施工期和运行期均对水库库容产生一定的影响。经水库调洪演算分析，建设项目施工期设计洪水(P=2%)和校核洪水(P=0.2%)标准下，水库水位有所降低，仅运行期在50 a一遇(P=2%)设计洪水标准下，水库水位较原设计水位高出0.01 m，仍满足坝顶安全超高要求；运行期建设项目占用水库库容为0.17万m3，基本不影响水库防洪功能。因此，建设项目对水库大坝防洪安全基本无影响。

(3)经安全综合评估，桥梁在施工期和运行期会对水库水质造成一定影响，通过采取合理的防治措施对水质进行保护，可在一定程度削减、消除项目建设对牛牯斗水库的不良影响。水田特大桥的建设不会对相关水工程稳定性、水利规划及第三方合法水事权益等造成影响。