界河渠道倒虹吸對軍事設施影響的處理方案

武慶安

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程概況

界河渠道倒虹吸位于河北省滿城縣尉公村北1km，是南水北調中線京石段應急供水工程總干渠穿越界河的大型河渠交叉建筑物；設計流量135m3/s，加大流量160m3/s；設計洪水標準為100a一遇，校核洪水標準為300a一遇?？偢汕c界河交叉區域為某部隊軍事訓練場，坦克實彈射擊為該訓練場主要訓練科目之一，射擊方向為東南至西北，而總干渠走向為西南至東北，穿河建筑物界河渠道倒虹吸軸線恰好垂直射擊方向將訓練場一分為二。為不遮擋射擊視線、彈道及容許坦克自由通行，部隊要求穿越訓練場路段建筑物應深埋地下并能承受50t的坦克壓力。

倒虹吸原設計方案綜合考慮地形條件、行洪口門寬度及部隊要求確定軸線長420m。倒虹吸由管身段、出口工作閘室段和出口漸變段組成，管身段長315m，埋深5.5～7.5m，兩孔一聯預應力混凝土箱型結構，單孔過水斷面尺寸6.5m×6.5m，頂板、中墻、邊墻厚度均為1m，底板厚度為1.1m；出口工作閘室采用鋼筋混凝土開敞式整體結構，長20m，閘室分2孔，每孔凈寬6.5m；出口漸變段長85m，采用底板與側墻分離的鋼筋混凝土結構。

2 變更原因

由于工程在出口部位出地面工程建設后期，部隊提出出口閘室、出口漸變段及其以后部分渠道高出地面較多，影響視界并阻斷了炮彈飛行線路，要求修改設計方案。倒虹吸原設計方案遵從部隊要求進行變更設計，進口通過25m長矩形槽與霧山（Ⅱ）隧洞連接，之后為進口斜管、水平管、出口斜管、出口閘室、出口漸變段，下游與灘地填方渠道相連。倒虹吸前部均埋入地下，從出口斜管開始抬升逐漸露出地面，出地面部位恰好避讓了訓練場坦克跑道。

3 變更設計

3.1 方案擬定

在與部隊溝通協調的基礎上，擬定了以下方案：

（1）倒虹吸延長方案，將原倒虹吸出口高出地面部分拆除并改成地下管涵，新建出口閘室、出口漸變段等高出地面部分位于射擊邊界外；

（2）征地重建訓練場方案，在總干渠左側征地建設滿足原訓練要求的新訓練場。

3.2 倒虹吸延長方案

3.2.1 倒虹吸布置

倒虹吸延長后由管身段、出口閘室段及出口漸變段和兩岸防沖建筑物等組成，軸線長616.554m。新倒虹吸保留原倒虹吸進口斜管、水平管、出口斜管前3節和右岸防護工程，軸線長285m；需拆除原倒虹吸出口后2節斜管、出口閘室、出口漸變段135m和出口196.554m渠道工程。新建部分從原倒虹吸出口第3節斜管末端開始，包括管身236.554m、出口閘室20m和出口漸變段75m，軸線長331.554m。

（1）新建管身段。新建倒虹吸管身由原倒虹吸出口第3節斜管末端開始，總長度236.554m，包括斜管連接段6.554m、水平直線段155m、水平折線轉彎段45m及折線轉彎斜管段30m，分17節，每節長6.554～15m。新建管身結構尺寸與原管身結構尺寸相同，仍為兩孔一聯，每孔凈尺寸為6.5m×6.5m，頂板、中墻、邊墻厚1m，底板厚1.1m。根據部隊要求，新建倒虹吸管前30m頂部設1.5m厚的混凝土防爆層，并考慮50t坦克荷載。新建倒虹吸管覆土2～3.6m，比原倒虹吸管覆土厚度減小很多，經計算決定采用普通鋼筋混凝土結構。

（2）新建出口閘室段。新建閘室與原閘室結構相同，閘長20m，閘室為開敞式鋼筋混凝土整體結構，分2孔，每孔凈寬6.5m，底板高程為59.889m，墩頂高程72.978m；中墩厚1.3m，邊墩頂部厚1.2m、底部厚1.8m，底板厚1.8m。 出口閘室內設2扇工作門和2扇檢修門；工作門為弧形門，閘門高度8.5m，采用2×400kN液壓啟閉機動水啟閉；檢修門為平面滑動疊梁門，閘門總高度8.55m，分3節，平時放置于閘室兩側的檢修門庫中，采用2×100kN電動葫蘆靜水啟閉。

（3）新建出口漸變段。新建出口漸變段長75m，鋼筋混凝土結構。由于漸變段處于總干渠轉彎部位，為降低施工難度并避免產生新的征地問題，邊墻型式設計為折線形鋼筋混凝土扭曲面，由半重力式擋土墻漸變為坡比1∶2.5的護坡與出口渠道邊坡平順銜接；底板厚0.5m，寬由14.3m漸變為21.5m，底高程由59.889m漸升至63.082m后與總干渠底銜接。漸變段堤頂高程70.08m。

（4）地面建筑物防護。由于倒虹吸位于部隊訓練場范圍內，部隊軍事訓練對倒虹吸進口部位的界河退水閘啟閉機房及出口工作閘啟閉機房和變電站構成威脅，根據部隊要求，該部位設置6m厚的混凝土防爆墻進行防護。

界河退水閘啟閉機房共2個，各設一道防爆墻進行保護。退水閘啟閉機房迎彈面方向主體尺寸長8m、頂高程81.25m、地面高程70.08m。 據此，確定防爆墻高11.28m、長12m。

倒虹吸出口啟閉機房和變電站一并考慮設一道防爆墻。被防護建筑物迎彈面方向主體尺寸長33m、頂高程82.4m、地面高程68m。據此，確定防爆墻高14.7m、長40m。

3.2.2 總干渠影響

為分析倒虹吸延長對總干渠的影響，以倒虹吸延長后出口位置為起點，并以該位置原渠道加大水位為起調水位，向上游進行加大水面線推算。推算采用明渠恒定非均勻流公式：

式中 Z1為下游斷面對應水位；Z2為上游斷面對應水位；V1為下游斷面對應流速；V2為上游斷面對應流速；hw為上下游斷面間水頭損失。

倒虹吸延長前后加大水面線推算結果見表1，上游隧洞凈空指標見表2。

表1 界河倒虹吸延長前后上游加大水面線推算成果

表2 界河倒虹吸延長前后上游隧洞凈空指標

由表1可知，界河倒虹吸延長后過加大流量160m3/s時，其進口水位壅高0.074m，向上游逐漸減小，至霧山（Ⅰ）隧洞進口加大水位與原加大水位基本一致，區間范圍2.58km。霧山（Ⅰ）、霧山（Ⅱ）隧洞之間總干渠堤頂高程按加大水面線以上不小于1.5m安全超高確定，倒虹吸延長后該段渠道加大水面線抬高0.014m，對總干渠堤頂超高影響較小。

界河倒虹吸上游的霧山（Ⅰ）、霧山（Ⅱ）隧洞采用圓拱直墻式斷面型式，直墻高度按加大水深加0.2m確定，倒虹吸延長后，兩隧洞內加大水位較原來最大抬高分別為0.014m和0.074m，均未超過拱腳。經復核，2條隧洞凈空指標（表2）仍滿足規范要求。

綜上所述，倒虹吸延長對總干渠產生的不利影響較小，倒虹吸方案可行。

3.2.3 工程投資

根據相關定額及取費標準，倒虹吸延長方案靜態總投資6751.07萬元，其中建筑工程3564.31萬元，機電工程230.90萬元，金屬結構工程122.27萬元，獨立費用1188.80萬元，基本預備費265.90萬元，其他補償費1167.12萬元。

3.3 征地重建訓練場方案

3.3.1 訓練場布置

根據部隊要求在總干渠左側基本上與總干渠一致的方向上征用一塊東北～西南方向的帶狀土地以重建訓練場，其中東北側寬200m，西南側（背彈面）寬600m，長1500m，將火器的射擊方向由東南～西北方向調整為東北～西南方向，背彈面在霧山隧洞出口以北。

擬建訓練場范圍內的土地面積為59.33hm2，包括尉公村土地4.0hm2、部隊土地22.80hm2、永安莊村土地32.53hm2。 此外，訓練場重建后，其與總干渠永久占地線之間形成一個條帶區域，面積為20.47hm2。由于軍事訓練的影響，該條帶區域農業生產極為不便，而且為了滿足部隊的訓練要求，對該條帶作物種植種類也有限制。因此，需將此條帶土地一并征用，該條帶有尉公村土地1.33hm2，永安莊村土地13.60hm2，部隊土地5.53hm3。由以上分析，重建訓練場共需土地79.80hm2，包括永安莊村土地46.13hm2、尉公村土地5.33hm2、部隊土地28.33hm2。

3.3.2 占壓實物量

部隊原有土地不需征用，重建訓練場需新征土地51.47hm2，包括永安莊村土地46.13hm2、尉公村土地5.33hm2，從地類來看，均為水澆地。此外，征地范圍內種植有果樹，通過現場調查，共占壓果樹14410棵。

3.3.3 生產安置規劃

重建訓練場占用永安莊村土地46.132hm2、尉公村土地5.33hm2。由于占壓尉公村的土地較少，對該村產生的影響較小，因此，對于該村的生產安置采取直接補償的方式，將補償投資交村集體，由村集體通過調整土地及實行中低產田改造和旱地改良等措施，消除由征地而造成的影響。

永安莊村總人口為3500人，目前耕地面積為146.67hm2，人均耕地僅0.04hm2。 重建訓練場需征占46.13hm2耕地，占壓后人均耕地僅0.03hm2，對群眾生產生活的影響較大。征地后永安莊村的生產安置人口為1101人，全部按遠遷處理，需拆遷房屋面積41398m2，包括磚混結構17066m2、磚木結構18167m2、雜房6166m2。需拆遷的附屬建筑物，按占壓房屋投資的15%計算。此外，移民到新址后，需要為其提供宅基地和生產用地，為保證移民與當地的群眾具有同等的生產生活資料，按人均比原址多征0.03hm2土地考慮，共需征地36.70hm2。

3.3.4 訓練場建設配套設施

根據部隊的要求，擬建的訓練場應考慮配套設施建設，部隊提出了配套設施清單，估算費用為300萬元。

3.3.5 占壓補償投資

3.3.5.1 補償標準

（1）耕地。滿城縣耕地年產值110元/hm2，補償倍數16倍，則耕地補償標準為1760元/hm2。青苗補償標準按40元/hm2計。此外，永久征地還包括311.27元/hm2的耕地開墾費和1000元/hm2的耕地占用稅。綜上，耕地的補償投資為3111.13元/hm2。

（2）房屋。 磚混結構450元/m2，磚木結構400元/m2，雜房150元/m2。

（3）果樹。果樹補償標準為180元/棵。3.3.5.2 補償投資

根據占壓的實物量和補償標準，重建訓練場方案共需投資8556.30萬元，其中征地投資6171.71萬元，果樹補償259.38萬元，房屋補償1587.14萬元，附屬建筑物投資238.07萬元，訓練場建設配套設施300萬元。

3.4 方案選定

3.4.1 倒虹吸延長方案

優點是建筑物在總干渠征地紅線內布置，不涉及征地問題，且投資6751.07萬元相對較低；缺點是總干渠局部范圍內產生壅水即對總干渠過流能力產生一定影響。

3.4.2 征地重建訓練場方案

優點是不影響總干渠過流能力；缺點是需征地51.47hm2，移民安置人口1101人，且投資8556.30萬元相對較高。

倒虹吸延長方案避免了比較突出的移民安置問題，并且比征地重建訓練場方案投資少1805.23萬元，雖然對總干渠局部過流能力產生一定影響，但在可接受的范圍內。綜合考慮采用倒虹吸延長方案消除原工程對軍事設施的影響。

4 結語

（1）界河渠道倒虹吸原設計方案不但影響部隊軍事訓練，而且建筑物自身安全也受到威脅，進行設計變更是必要的。

（2）倒虹吸延長方案既滿足總干渠輸水要求，又消除了原設計方案對軍事設施的影響，且投資經濟，為優選方案。

（3）倒虹吸延長方案得到了建設單位及部隊的共同認可，現已建成通水。

［1］河北省水利水電勘測設計研究院.南水北調中線京石段應急供水工程界河渠道倒虹吸延長工程設計專題報告［R］.2009.

［2］河北省水利水電勘測設計研究院.南水北調中線京石段應急供水工程（石家莊至北拒馬河段）初步設計報告［R］.2004.

［3］李惠英，田文鐸，閻海新.倒虹吸管［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［4］武漢水利電力學院.水力計算手冊［K］.北京：水利電力出版社，1983.