某電力線路改造穿越不牢河工程防洪評價計算

馮 露 劉錦雯

（1.安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院 合肥 230088 2.安徽省建筑工程質量監督監測站 合肥 230088 3.南水北調東線江蘇水源有限責任公司 南京 210000）

某電力線路改造穿越不牢河工程防洪評價計算

馮 露1，2劉錦雯3

（1.安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院 合肥 230088 2.安徽省建筑工程質量監督監測站 合肥 230088 3.南水北調東線江蘇水源有限責任公司 南京 210000）

本文以某電力線路改造穿越不牢河工程為例，根據出入土點選擇、管線布置等穿越設計方案，詳述了該工程在穿越不牢河改造防洪評價計算中的水文分析、壅水分析、沖刷分析及堤防穩定計算的過程。

電力線路改造 壅水分析 沖刷分析 堤防穩定計算

1 工程概況

某電力線路原有的供電線路35kV潘山線及110kV潘解線，采用架空方式穿越京杭大運河不牢河段，因電塔林立，影響安全和美觀，該項目擬將對上述兩條線路跨越方式改造為下穿，管線采用定向鉆穿越，布置在京杭大運河不牢河段，其余為桿塔架線改造。兩路電纜從河床底部穿越運河以后，原線路將報廢拆除，拆除范圍包括導線和鐵塔，塔基不影響后期使用不做拆除。

2 穿越設計方案

2.1 出入土點選擇和管線布置

工程采用定向鉆穿越不牢河，最大孔徑700mm。穿越管道設計總長為 628m，管道高程 30.56m～11.9m～30.65m，主要在含礓粘土層穿越。

入土點位于不牢河左岸，距左河口約220m，管線穿河處走向與河道水流方向夾角90°。入土點處地面高程30.56m，管溝挖深1.5m，入土角15°，入土坑尺寸為2m× 4m×1.5m。出土點位于不牢河右堤外，坐標為 X：39537157.525，Y：3798372.734，出土點處地面高程30.65m，管溝挖深1.5m，出土角為12°，距右堤外堤腳134.97m，出土坑尺寸為2 m×4 m×1.5m；管線河床平直段設計高程為11.9m，距現狀河底（高程20.9m）埋深約9m。

2.2 管線規模與布置

孔內包裹6根DN200PE和2根DN110PE電纜線管，管線橫斷面示意圖見圖1。穿越出土后，采取電纜溝排管施工，排管深1.5m，北部長約30m，南部長約50m。穿越處不牢河兩岸均設置穿越標志樁，河岸兩側設警示牌。

2.3 地震設防烈度

根據《建筑抗震設計規范》，擬建場地抗震設防烈度為七度區第二組，設計基本地震加速度值為0.10g，特征周期為0.40s。根據《建筑抗震設計規范》，場地內土層經現場標貫試驗判斷，該場地內土層不液化。

圖1 管線橫斷面示意圖

3 防洪評價計算

3.1 不牢河水文分析計算

3.1.1 洪水頻率

依據《油氣輸送管道穿越工程設計規范》中水域穿越工程等級與設計洪水劃分，不牢河穿越工程等級為大型穿越，設計洪水頻率為1%，即100年一遇。水域穿越工程等級與設計洪水頻率見表1。

表1 水域穿越工程等級與設計洪水頻率表

3.1.2 行洪流量及水位

該項目在不牢河解臺閘至劉山閘之間，在解臺閘下游2.73km處穿越不牢河，工程處上游無支流河道匯入，兩閘之間距離39.9km。按照《徐州市城市防洪規劃》中分析計算結果，水文分析計算采用該段不牢河實測河道斷面以及相應水位流量數據，按照水力學明渠恒定均勻流公式計算，計算得：該工程處100年一遇設計流量為575m3/s，相應水位為31.60m。

采用工程處100年一遇洪水的設計流量575m3/s，相應水位31.60m。

3.1.3 20年一遇行洪流量及水位

根據《江蘇省水情防汛手冊》，查得劉山閘上20年一遇設計洪水位27.08m，流量828m3/s；解臺閘下20年一遇設計洪水位30.27m，流量500m3/s。該工程位于解臺閘下2.73km處，區間無支流匯入，該工程處 20年一遇設計流量為500m3/s，相應水位為30.05m。工程處設計洪水見表2。

3.1.4通航水位

該工程位于解臺閘和劉山閘之間,該段航道現狀為Ⅱ級航道標準，根據交航計〔2013〕57號文：不牢河解臺閘至劉山閘段最高通航水位28.88m，最低通航水位25.78m。

表2 工程處設計洪水表

表3 工程處沖刷計算成果表

表4 穿越處右岸堤防穩定計算選用物理力學指標表

表5 穿越處堤坡穩定計算結果表

3.2 壅水分析計算

該工程管道采用定向鉆穿越河床，穿越管線長約628m，不存在阻水影響。管道在最低河底處以下深度9m，埋深較深，不會在河道內形成河床隆起，因此不會引起壅水。

3.3 沖刷分析計算

該工程建設處河道規則順直，河道渠化。在河道發生設計洪水時，對河床的沖刷深度根據《河道整治設計規范》，計算工程處河床沖刷情況，計算公式如下：

hB=hp×[（Vcp/V允）n-1]

式中：hB—局部沖刷深度（m）；

hp—沖刷處水深（m），以近似設計水位最大深度代替；

Vcp—斷面平均流速（m/s）；

V允—床面上允許不沖流速（m/s）；

n—與防護岸坡現狀有關，一般取1/4。

Vcp按明渠均勻流公式計算：

Vcp=Q/A

式中：Q—流量（m3/s）；

A—過水斷面面積（m2）。

根據《灌溉與排水工程設計規范》附錄F，當河底為非粘土，R≠1.0m時，根據土質粒徑和斷面水深，非粘土河床面上允許不沖刷流速計算公式如下：

V允=（0.26～0.40）×Rα

當河底為粘土，R≠1.0m時，根據土質粒徑和斷面水深，粘土河床面上允許不沖刷流速計算公式如下：

V允=（0.75～1.00）×Rα

式中：R—為水力半徑（m）；

α—指數，與斷面處土質的密實度有關，松軟的土料或土料層保護層，α取值1/3～1/4；中等密實和密實的土料或土料層保護層，α取值1/4～1/5。

該工程河床土壤為粉土取0.4。

R=A/X

式中：X—濕周（m），α取值1/4。

在設計洪水下，工程處沖刷計算成果表見表3。

由表3沖刷計算成果表可以看出，當遭遇100年一遇及20年一遇洪水時，穿越處不牢河處河底土質為粘土，平均流速小于允許沖刷流速，河底不存在沖刷。

3.4 堤防穩定計算

根據《堤防設計規范》第F.0.1、第F.0.3，施工期和水位降落期抗滑穩定安全系數采用總應力法計算，土的抗剪強度指標分別采用快剪和固結快剪指標；穩定滲流期抗滑穩定安全系數采用有效應力法計算，土的抗剪強度指標采用慢剪指標。

式中：b—條塊寬度（m）；

W—條塊重力，W=W1+W2+ρwZb（kN）；

W1—在堤坡外水位以上的條塊重力（kN）；

W2—在堤坡外水位以下的條塊重力（kN）；

Z—堤坡外水位高出條塊底面中點的距離（m）；

u—穩定滲流期堤身或堤基中的孔隙壓力（kPa）；

ui—水位降落前堤身的孔隙壓力（kPa）；

β—條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角（°）；

γw—水的重度（kN/m3）；

Ccu、cu、Cu、u、C'、'—土的抗剪強度指標（kN/m3，°）。

根據地質勘探土工試驗成果綜合分析，堤坡穩定計算采用的各土層物理力學指標見表4。根據《堤防工程設計規范》要求，穩定滲流期抗滑穩定計算采用慢剪指標，水位降落期采用固結快剪指標。

穿越處不牢河右岸有明顯堤防,左岸無堤防，僅對右岸堤防進行穩定計算。采用地質勘測報告中地質鉆孔柱狀圖資料，穩定計算選用的物理力學指標見表5。

計算采用瑞典圓弧法，計算結果見表5。

根據以上計算結果，結合地質條件綜合分析可知：該工程實施后，管道穿越處堤防的抗滑安全系數均滿足規范要求，可以判斷此段河道岸坡穩定