箱涵在清水河防洪通道恢復工程中的應用

張真+馬俊松+彭晟+尹炳梅

摘 要：由于清水河昆曲高速以下至入金汁河口河段管網化，基本喪失行洪功能，致使片區洪澇災害頻繁，形成下雨必淹的嚴重局面，嚴重威脅人民群眾生命財產安全，防洪形勢尤為嚴峻。本文對該段河道治理進行了設計，最終選擇箱涵設計方案。

關鍵詞：箱涵 防洪 排澇 河道

1.工程概況

清水河位于昆明主城北市區，是該片區重要的防洪排澇河道。目前，清水河源清水庫壩址至昆曲高速公路東側120m河段已基本完成綜合整治，除局部河段外，河道較為通暢，基本可以順利疏泄河道洪水，由于片區城市發展過程中，對清水河作為片區防洪通道的重要性重視不夠，導致昆曲高速以下至入金汁河口河段管網化，基本喪失行洪功能，致使片區洪澇災害頻繁，形成下雨必淹的嚴重局面，嚴重威脅人民群眾生命財產安全，防洪形勢尤為嚴峻。鑒于目前清水河下段（昆曲高速公路東側120m至金汁河斷面）已全部管網化，且管網沿線已基本建設成小區，不具備沿現有排水管網開挖后恢復清水河下段河道的行洪功能，因此新建防洪通道（箱涵）工程方案為目前具有實施可行性且投資最小的最佳方案。本次設計的清水河下段防洪通道恢復工程總長1161m，箱涵為單孔箱涵，過水寬度4m，箱涵底坡均為3‰，部分地形變化段用跌水銜接；其中k0+305～k0+667段由于地形及其他因素限制，采用鋼筋混凝土管頂管施工，管內徑3000mm，壁厚300mm，底坡均為3‰。

2.水文計算

清水河發源于雙龍鄉園寶山，全長 10.4km，徑流面積11.6km2。清水河小流域屬匱乏水文氣象資料地區之一，本次計算依據周邊與工程地暴雨成因基本一致的松華壩50、60年代以來的長系列暴雨資料進行洪水分析，各控制斷面洪水成果根據《昆明市羊腸小村城中村（昆曲高速以東片區）改造項目清水河局部置換工程洪水分析評價報告》中的洪水成果采用水文比擬法推求。盡管整治河道為清水河，但因清水河下游匯入金汁河后經老李山分洪閘分洪后，一部分洪水由金汁河排泄，一部分分洪進入盤龍江。清水河下段洪水位與金汁河洪水位關系密切，且開辟新的排水通道后，清水河入金汁河口位置變更為現狀入口上游272m，須復核入口變更后對金汁河河道行洪能力的影響，故洪水分析內容考慮金汁河和清水河兩部分。本次計算根據松華壩站歷年實測暴雨資料分析，源清水庫入庫洪水計算中其產流和匯流參數則根據實測資料并結合《云南省暴雨徑流查算圖表》綜合分析確定；源清水庫以下區間洪水考慮城市化對洪水量級的影響，其產匯流參數根據昆明城區河道實測雨洪資料分析的降雨徑流關系和匯流參數地區綜合公式計算，通過計算得出清水河50年一遇箱涵起點處洪水組合洪峰流量15.8m3/s，入金汁河口處50年一遇洪水組合洪峰流量 17.5m3/s。清水河治理后金汁河與清水河交口斷面～老李山分洪閘河段50年一遇洪峰流量均為40.3m3/s。

3.工程任務及規模

3.1工程任務及規模

本次河道改道工程主要是新建箱涵及涵管頂管工程，工程建筑物主要包括：箱涵、涵管、沉砂池、檢查井、攔污柵、跌坎。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，項目區段防洪治理工程工程等別為小（二）型，建筑物級別為V級，防洪標準取50年一遇。

3.2河道洪水分析

水面曲線采用明渠恒定非均勻漸變流公式分段求和法推求。水面曲線計算公式為：

式中：△—上下游水位差（m）；Q—上下游斷面平均流量（m3/s）；K—上下游斷面平均流量模數，K=AC（RJ）0.5；△S—上下斷面距離（m）。局部水頭損失系數按經驗取0.5。

計算邊界條件：起推水位以該斷面50年一遇洪水位作為金汁河河道沿程洪水位的起始水位。清水河則以入金汁河口斷面金汁河50年一遇洪水位為控制。

控制斷面選擇：同一計算河段內河道斷面形狀、底坡及糙率基本一致；每一段內水位差不超過0.75m或上下游斷面間距不超過2km；支流匯入口處作為上、下游河段的分界；過水斷面突變、起控制作用的橋涵、閘壩等作為上、下游河段控制點。清水河河段則結合地形、道路標高等因素進行斷面選擇，共布設了21個控制斷面。

河道綜合糙率：參照有關水力學中同類護面的經驗糙率，河道綜合糙率取0.025。最后通過計算得出清水河下段新建防洪通道（箱涵）沿程洪水位分布示意圖，見圖1。

4.工程設計

4.1工程布置

本次整治起點為昆曲高速公路東側120m處，沿盤龍157號路往西南向至盤龍102號路后沿該道路布設于路面以下，穿昆曲高速后往西北，至101號路后沿101號路往西布設于該道路路面以下，下穿盤龍1號路和7號路后，于金汁河鉑金大道斷面上游約272m處匯入金汁河。

由于河道治導線沿線地形起伏較大，且受到用地空間的限制，斷面型式采用矩形箱涵（其中k0+305～k0+667為鋼筋混凝土管頂管）；斷面寬度考慮與上游已整治段相銜接，以4.0m為控制；對于河道底坡，考慮到新建河道屬于暗埋的地下箱涵，檢修難度較大，以0.003為控制。頂管段涵管內徑采用3000mm，底坡為0.003。

4.2箱涵設計

箱涵根據河道水面線計算結果、箱涵平面及空間布置的綜合考慮，箱涵斷面分為4種斷面類型，斷面類型及箱涵斷面結構尺寸如下：凈高為2m的過路段箱涵，頂板、底板和兩側邊墻厚300mm，橫梁計算跨徑4.6m，側墻計算高度2.6m；凈高為2m的非過路段箱涵，頂板、底板和兩側邊墻厚300mm，橫梁計算跨徑4.6m，側墻計算高度2.6m；凈高為2.7m的非過路段箱涵，頂板、底板和兩側邊墻厚300mm，橫梁計算跨徑4.6m，側墻計算高度3.3m；凈高為3.1m的非過路段箱涵，頂板、底板和兩側邊墻厚300mm，橫梁計算跨徑4.6m，側墻計算高度3.7m。通過內力計算，箱涵結構尺寸能滿足承載力和正常使用的要求。箱涵采用C25混凝土，fc=11.9Mp，Ec=2.8×104Mpa；HRB400鋼筋，fsk=360Mp，Es=2.0×105Mpa。涵管采用壁厚為210mm的DN2400鋼筋砼管。endprint

4.3頂管設計

綜合考慮現場施工條件等要求，本設計采用頂管施工方案。頂管工作井內凈尺寸：Φ9.6m，現澆C25砼鋼筋混凝土壁厚70cm，施工采取分層開挖，逐層支護的辦法，每層澆筑后都形成一個閉合的環形結構，井壁底部內力最大。

4.4沉砂池、攔污柵與檢查井設計

箱涵K0+001處每孔箱涵各設1道攔污柵，攔污柵采用柵條焊接，柵條橫向間距為10cm，橫向共設20條柵條，縱向設上下2條橫桿，橫桿間距75cm；箱涵K0+003處每孔箱涵各設1座沉砂池，每個沉砂池寬2m，長3m，深度低于箱涵河底高程1m。沉砂池采用鋼筋砼澆筑，沉砂池后接1#檢查井，可通過1#檢查井進行清淤。箱涵于樁號K0+007、K0+120、K0+240、K0+300、K0+675、K0+800、K0+920、K1+060處分別設1座檢查井，共設8座檢查井；檢查井用鋼筋砼澆筑，采用直徑為80cm的雨水井蓋，并沿井壁設爬梯。

5.結論

本次清水河下段防洪通道恢復工程采用箱涵及頂管施工技術，減少拆遷引起的影響居民生活以及對路面和其他配套設施的恢復及賠償。工程建成后，能解決清水河河道周邊的洪災問題，使土地資源能夠充分的得到整合利用，為周邊沿岸企業和人民群眾的生命財產提供防洪安全保證，有利于促進生態環境和社會經濟的發展，對維護社會穩定和經濟發展具有積極的推動作用。

工程建成后，為確保工程安全，應嚴格按照相關規定，在工程保護范圍內（即距工程小于50m內）禁止從事深孔爆破、打井、鉆探、開采地下水及其他可能危害工程安全的生產建設活動。不得向河道中任意排放污水及生活垃圾，不得破壞工程結構及其設施而影響本工程功能。應嚴格按照河道水環境功能要求，加強對排污源的治理工作，保護水質。

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