三门峡黄河提水工程渡槽改倒虹吸背景分析(图)

　　摘要:输水线路与河道、山谷等障碍物相交时,必须采用渡槽、倒虹吸等交叉建筑物。虽然这些交叉建筑物均可以达到输水之目的,但在具体工程中,必须因地制宜,统筹分析。针对涧河沟地质条件分析,研究了涧河沟输水建筑物渡槽和倒虹吸2 种方案。在全面搜集了地形、地质、水文等资料的基础上,选择了对工程安全有利的倒虹吸方案,综合考虑了各项技术指标,安全可靠,施工方便,投资较小。

　　关键词:黄河提水;渡槽;倒虹吸;滑坡体

　　中图分类号: TV627 + . 3 ; TV672 + . 5 文献标识码:B文章编号:1007-2284 (2010) 07-0097-02

　　1概况

　　三门峡槐扒黄河提水工程位于三门峡市渑池县境内,服务于渑池县和义马市,设计引水流量7 m3 / s ,提水总扬程359 m ,输水干线长32 km。全线输水建筑物除四级泵站和一座调节水库外,尚有渡槽、倒虹吸、隧洞等46 座建筑物,而跨越涧河沟的输水建筑物即是较大的一座,又是地质条件较复杂的一座,属于三门峡黄河提水工程的龙头工程之一。

　　涧河沟位于槐扒东村西侧,河水常年不断,自南向北汇入黄河。沟谷较宽,呈“U”字形,蛇曲状。沟底高程277. 84 m ,宽23 m ,两岸山体高程均大于320 m。跨越涧河沟的输水建筑物上游连接槐中隧洞出口,下游与二级泵站相连,具有承上启下的作用。

　　2 原设计渡槽方案

　　根据涧河沟底与输水渠道高程相差30 m ,沟谷较宽的特点,且为与拟建的渠首管理局相映衬和方便以后旅游考虑,跨越涧河沟的输水建筑物初步设计定为渡槽。渡槽起点桩号1 +551. 23 ,渠底高程307. 97 m;终点桩号1 + 783. 23 ,渠底高程307. 5 m ,总长232 m。渡槽轴线与涧河沟正交,形式为槽身支撑于排架上,排架又支撑于拱圈之上的肋拱U 型薄壳渡槽,主跨采用变截面悬链线肋拱,单跨跨度57. 6 m ,上部槽身采用U型薄壳槽,槽宽2. 2 m ,深2. 05 m ,壁厚0. 15 m ,比降1/ 500 ,设计流量7 m3 / s。为避免高填方渠道,两岸台地段采用10 m跨简支式排架延长槽身,排架最大高度为19 m。渡槽基础为刚性浅基础,坐落在已出露的泥岩和细砂岩上。同时为便于管理人员检查和维修,槽顶设有一净宽1. 1 m 的人行便桥。

　　渡槽方案主要优点: ①工程整体布置与渠首管理局相映生辉,外形美观,能够增加区域风景; ②工程均为非隐蔽工程,检修维护较容易; ③可利用槽上人行桥作为连接上下游的交通;④经分析局部水头损失为0. 2 m ,沿程水头损失为0. 15 ,总水头损失为0. 35 m ,损失较小; ⑤开挖量较小,汛期施工容易度汛。

　　渡槽方案主要缺点: ①渡槽基础位于潜在的滑坡体上,存在结构失稳的可能,地质缺陷引起的工程安全问题难于解决;②变截面悬链线肋拱施工较困难,施工过程需要一定的脚手架,且对模板有要求较高。

　　3 原设计方案缺陷及对策

　　3. 1 工程地质条件

　　随着设计阶段的深入,对该工程做了进一步地质勘探工作,地质报告指出涧河沟左岸桩号0 + 549～0 + 600 有一个具双层滑动面的滑动体,滑坡体地面最高高程约365. 5 m ,长约110 m ,宽50 m。最大厚度约21 m ,滑坡体顺山坡向涧河沟滑动。其地质剖面图见图1 。

上滑动底部高程291. 44 m ,搓碎带厚1. 2 m ,在地下水位以上,坡度较缓。基座为基岩,滑移距离约85 m ,落距25 m ,在高程292 m的搓碎带中可见一倾角45°的光滑剪切石,将直径3cm的泥岩角砾剪断。下滑动面底部高程2 831. 13 m ,搓碎带厚0. 2 m ,大部分在地下水位以下,为第二次滑移面。滑动面后缘坡度为35°,为切层下滑。切断p2 的砂岩、页岩。底部近水平,覆盖于Q4 壤土层上,滑移距离约45 m ,落差25 m ,两个滑动带的物质成分均为角砾岩,角砾成分为泥岩,直径0. 2～3cm ,呈棱角或次棱角。泥质胶结良好,岩心呈长柱状。

滑坡床为二迭系上统(p2 ) 细砂岩、泥岩及第四系中～轻粉质壤土。两个滑动面在滑坡体的前、后缘合二为一,形成在两个土层中间夹一个成分为二迭系上统(p2 ) 中粗砂岩、泥岩的透镜体,其最大厚度8. 31 m ,岩石强风化。上滑动体为第四系重粉质壤土,含少量黏土、钙质结核、碎石土等。

在滑坡体后缘未发现裂隙,凹槽等不良现象。从表面形态分析,目前滑坡体处于相对稳定状态。本区地下水主要受雨水补给,基岩中为风化壳裂隙水,其水位随基岩起伏而起伏,排向河流,干旱时很易枯竭。砂卵石层为孔隙潜水,受雨水、泉水、河水和上游地下水补给。地下水位从287. 35～278. 49 m。

3. 2　针对滑坡体的思考对策

根据上述地质背景,经研究分析,该处主要工程地质问题是滑坡体的稳定问题。分析处理滑坡体方案如下。

(1) 渡槽墩基将近一半放在滑坡体上。因此存在墩基稳定问题,一旦滑坡体再次滑动,必将产生严重后果。所以,如果条件许可,则应改变线路,躲开滑坡体,但根据本地区地质情况和工作进展情况,改线牵动面太大,不宜采用。

(2) 对滑坡体的稳定性作进一步的论证,根据稳定情况,确定处理与否。或是削坡减压,或是设桩基铆固加固地基。此法工作量较大,时间较长,但较彻底,安全可靠。

(3) 从结构形式上加以考虑。①把墩基放在滑动体下面的基岩上,但这要考虑滑坡体对墩子的抗剪断问题,工程量较大,但较安全。②对渡槽预留伸缩缝、变形值。在轻微滑动时可保无恙,对重大滑动也可预防,以便早做准备。

(4) 将明渠输水建筑物改为压力输水建筑物,即将渡槽改为倒虹吸。并把倒虹吸压力管置于滑动体之下。

4 新设计倒虹吸方案

根据地质分析,经方案研究,决定采用倒虹吸输水建筑物。倒虹形式为将管道埋于河谷之下的埋式倒虹吸管,采用现浇钢筋混凝土结构,矩形断面,外轮廓尺寸为3. 2 m (宽) ×2. 6 m(高) 的双孔矩形断面,孔径1 m(宽) ×1. 8 m(高) 。倒虹吸进口桩号1 + 523. 53 ,渠底高程307. 52 m;出口桩号1 + 749. 39 ,渠底高程301. 042 m。为避开滑坡体上游斜坡角度32°,下游斜坡角度29°。进口设进水闸控制,以便管道检修或流量较小时,可利用一根管道输水;出口闸门控制与二级泵站一并考虑。施工较容易,清淤较困难,且倒虹水头损失增大,对末端供水高程有一定影响。为防止管身下滑,将斜管基础开挖成台阶形,其上设0. 3 m 厚150 号混凝土垫层;同时在轴线方向变化处,设置镇墩,以承受弯道处的外力并稳定管身,镇墩与管道为浇注成一体的刚性连接。为清除管内淤积,泄空管内集水和便于检修,在位于河床部位的下游镇墩前的水平管道上,设置检修孔以利管理。

倒虹吸方案主要优点: ①在地质上避开了滑坡体的不稳定因素,从根本上解决了工程安全问题; ②地面结构,施工方便;③工程投资比渡槽方案节约21 万元(1994 年价格水平) 。

倒虹吸方案主要缺点: ①地下工程,清淤困难,管理不便。②经分析局部水头损失为0. 65 m ,沿程水头损失为0. 23 m ,总水头损失为0. 88 m ,比渡槽方案水头损失增大,存在对二级泵站装机产生影响的可能。

5 结语

通过对涧河沟地质条件的研究与分析,在全面搜集了地形、地质、水文等资料的基础上,综合考虑了各项技术指标,选择了对工程安全有利的方案;同时由于所选且水头损失的增大绝对数值仅为0. 53 m ,对二级泵站机型选择不会产生影响,因此倒虹吸方案得到有关方面的好评。

该工程于1998 年建成并投入运行,工程的实施是义马市由单一的煤炭生产转向综合性能源开发工业基地,利用原煤造气,供郑州、洛阳、三门峡生活和工业用气;兴建坑口电厂,减少原煤外运,缓解陇海线运输压力;解决两地生活、生产及牲畜用水,对当地的经济可持续发展具有重要意义。

参考文献:

[ 1 ]　赵文华. 渡槽[M] . 北京:水利电力出版社,1985.

[ 2 ]　余际可. 倒虹吸管[M] . 北京:水利电力出版社,1993.

[ 3 ]　秦卫星. 溪洛渡左岸拱肩槽边坡稳定性分析与评价[J ] . 中国农村水利水电,2008 , (8) .

[ 4 ]　长江流域规划办公室. 渠道滑坡的处理[J ] . 农田水利与小水电,1984 , (5) .

作者简介:赵廷华(1971-) ,男,高级工程师,从事水工建筑物设计研究工作。