浐、灞河下穿隧道工程I 期围堰导流明渠设计与施工探讨

刘承祥，史红军，王方元

（1.陕西丞海水务工程有限公司,陕西 西安 710000；2.中铁一局铁建公司,陕西 咸阳 710000）

1 工程概况

浐、灞河汇流段,河宽约530 m,在橡胶坝上游100 m 处,修建一座下穿隧道工程,全长1.6 km,下穿河道段约520 m。下穿隧道工程位于两河道的交汇处下游150 m 处,施工期在11 月至来年6 月,施工期正值北方的枯水期。橡胶坝已在10月底开始塌坝,右岸闸门开闸放水。整个河道内仅有2 条河道汇流的一条水流,约8 m 宽,其余均为滩淤。根据测量数据,左岸滩淤比右岸滩淤高1.5 m,汇流河水临近右岸堤防下泄。下穿隧道工程分为二期建设,一期建设在河道内的右侧。根据河道周边情况,无法实施河道外导流,只能实施河道内分期导流,将两条河道汇流水流导流至一期围堰左侧30 m 左右,然后开始填筑I 期围堰,创造一期施工的干地条件,敞开式开挖下穿隧道工作区域。受下游橡胶坝的影响,此处河道水流缓慢,经多年沉积,坝前分布着5 m～7 m 深厚的淤泥层,淤泥主要成分是粗砂、胶粒和黏粒。

2 导流明渠设计

2.1 导流明渠设计的基本原则和原理

（1）导流明渠设计应安全可靠、经济合理。本项目河床均为滩淤,无法进行挖掘开沟,若采用土石进占戗堤改流,无论从经济上还是工期上,都无法满足。经多方考察：提出一种两栖式多功能挖泥船,利用该设备在陆地、沼泽和水面多种工况胜任的优势,采用该设备的挖掘、绞吸和吹填功能相结合,达到快速形成导流明渠的目的。

（2）导流明渠弯道半径不宜小于3 倍明渠底宽,进出口轴线与河道主流方向夹角宜不小于30°,避免泄洪时对上下游沿岸及施工设施产生冲刷影响。

（3）明渠的底宽、比降、弯道和进出口高程应使上下游水流衔接良好,满足导流、截流等要求。

（4）水力绞吸法的原理。待导流明渠初挖结束后,开始进行导流明渠的绞吸工作,通过降低明渠的高程和增加明渠的宽度,由于刚形成的渠首是不规则的形状,水流流速较大,各流层的液体质点形成涡体,水流形成紊流形态。此时刚流进渠首的水深小于临界水深（佛汝德数＞1）,水流遇到障碍物时,引起局部水面的变化,而这种变化不向上游传播,只影响下游。因此在这种情况下,是利用流水的作用进行“冲槽”,对导流明渠的拓宽和加深起到了很大的作用。

2.2 导流明渠设计方案

（1）泄洪出口位置选择

本工程位于灞河、浐河交汇位置,目前主河道位于右岸侧,浐河水在河道内由西南向至东北向流至主河道后与灞河水汇流后流向下游。根据现场实测,灞河左岸水闸底板面标高为375.24 m,灞河右岸水闸底板面标高371.65 m；灞河河床底标高介于374 m～375 m 之间,因此本次导流出水口确定为右岸水闸下泄。

（2）导流明渠的线路要素和断面参数

结合隧道工程I 期施工围堰的平面图及现场水流位置,本次实施的导流明渠位于围堰外（左）侧,明渠位置距离围堰坡脚不小于30 m。从围堰上游侧设置导流明渠将灞河水向左引导,同时将浐河水向右导流,两河在围堰左侧30 m 汇流后向前至橡胶坝,再向右岸水闸处。根据《水利水电工程施工导流设计规范》（SL 623-2013）要求和两栖式多功能作业船的作业参数选取见表1。导流明渠施工采用两栖式多功能作业船,由南向北（自上游而下游）吹填导流明渠,吹填泥浆输送至橡胶坝后；如部分区域高程低于水面高程,则采用将泥沙吹填低区域形成壅高滩地,这样灞河水及浐河水沿导流明渠流向既定的导流明渠线路,为后期围堰施工提供有利条件。

表1 浐灞河导流明渠线路要素和断面参数表

3 导流明渠的施工

3.1 导流明渠探挖的回流速度的观测分析

为了给导流明渠提供一个临时的过水通道,需要先进行导流明渠自下而上的疏挖,形成一个“过水”通道（为日后流水自上游而下提前开辟通道）,由于导流明渠在无过水的情况下,明渠两侧会发生淤泥回塌现象,因此进行淤泥回塌速度的观测分析。在拟开挖导流明渠区域,便于测量的位置,进行开挖长10 m、宽7 m,深2.5 m 的试验性的河槽,每天进行槽底淤泥的相对高程观测,观测数据见表2。可以得出,先期进行的导流明渠开挖工作,在7 天内槽内仍有30 cm～40 cm的过水通道,可以为上游导流后的来水提供一个过水通道。

表2 开挖成槽后淤泥回塌日观测记录

3.2 逆向开挖导流线路

经过探挖的回流速度的分析,如图1 中,自右岸闸门D处附近处开始逆向（导流明渠过水方向）方向开挖导流槽至两河汇聚B 处,接着继续向浐河C 处开挖导流槽（D-B-C 段）。开挖过程中每50m 按照设计高程和1‰的比降控制,疏挖导流线路,形成微内倾断面,便于引入两侧的自由水进入导流槽内,创造浐河水流导流明渠成槽的过程。

3.3 排泥管的布设

排泥管布设在导流明渠附近,两栖式多功能挖泥船顺流绞吸,船前进时,拆除船后的排泥管。为此采用柔性好、质量轻的PE 管,规格直径220 mm,管道采用热熔法兰连接。每节管道安装1 个浮筒。这样会大大减少管道与淤泥的接触面积,两栖式多功能作业船可以较为自由的实现淤泥滩地的管道拖拽。管道布设沿从左岸闸门处穿出,接至橡胶坝后方200 m 处。

3.4 绞吸疏挖

利用两栖式多功能环保作业船的绞吸功能,绞吸的泥沙输送至橡胶坝坝后,配合测量班实时测量,控制河道清淤比降,已达到使来水进槽的目的。单班可以实现1500 m3的水下方量。按照实际工况和区位,依托船体自身动力,通过绞吸、管道输送一体化作业,精确定位,精准挖深,自上游至下游绞吸淤泥,节节拆除输送泥浆管道。浐、灞河导流槽的施工作业,通过绞吸吹填作业形成浐河导流明渠,并封堵浐河原河道,明渠过水,“不断拉深、拉宽”导流明渠。

3.5 吹填壅高改水及明渠修整

由于灞河导流明渠施工区域位于原来的过水位置,此处需要进行壅高滩面高程,才能将灞河流水引至既定导流明渠内。在施工时,选取滩地含沙量高的泥沙区域,通过两栖式多功能挖泥船吹填,将出沙送至低区域处,反向淤积成堆,继而整个低洼处雍高,从而彻底截流灞河的水道,顺接流向新的导流明渠内（如图1,A-D 段）,完成本工程任务。按照设计线路进行个别区域的修整,导流水流顺畅、无死角,符合相关规范的要求。

图1 浐灞河导流明渠竣工图

4 结论和建议

通过对浐灞河实施的导流明渠的设计和施工经验,对日后类似工程施工和设计做出如下结论和建议：

1）本次导流明渠采用的两栖式多功能作业船,具有旱地、沼泽及涉水等不同区域和场合的应用性,并且具有一机多用（挖掘、绞吸、抓耙和打桩）的优势,为完成了本项目的作业任务奠定了基础。

2）在河道内导流,有大厚度淤泥的滩面工况下,无论采用传统的挖运倒运、或者形成导流戗堤,都在工程技术上或者经济性上,都与绞吸吹填方案无法相比。

3）导流明渠的施工,借用水的势能作用,可以实现快速“冲槽”,具有事倍功半的效果。

4）通过本次的导流工程的设计和施工,我们加强对导流施工技术的分析和导流的施工装备的研究,从而对涉水的其他行业施工,都有个很好的指导和借鉴意义。