高寒地區(qū)長距離輸水渠道泥巖段排水處理方案

張志雁

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000）

高寒地區(qū)長距離輸水渠道泥巖段排水處理方案

張志雁

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000）

針對某擴建渠道泥巖段存在滑坡變形破壞問題，采取增設(shè)排水措施，通過工程施工、運行管理、工程投資等，確定適合工程特點的橫向排水方案，為提高高寒地區(qū)長距離輸水渠道的安全運行提供可靠保障。

高寒地區(qū)；長距離輸水；泥巖；排水處理

1 工程概況

某擴建渠道為Ⅱ等大（2）型工程，其任務(wù)為城市和工業(yè)用水，并兼顧沿線農(nóng)牧業(yè)和生態(tài)用水。原渠道設(shè)計流量68m3/s，斷面結(jié)構(gòu)為梯型斷面，渠底寬度4m，渠道內(nèi)邊坡1∶2.0，外邊坡1∶1.75，渠頂寬4.5m，渠深5.4～6.2m，采用預(yù)制混凝土板襯砌結(jié)構(gòu)。擴建后設(shè)計引水流量120m3/s，渠道全長133.65km，其中渡槽長100m，隧洞長4.14km，明渠長度129.40km。

工程區(qū)地處歐亞大陸腹地中心，遠離海洋，屬大陸性寒溫帶氣候，四季中春秋兩季不明顯，冬季長而嚴寒、夏季短而炎熱，降水少，氣溫溫差大。多年平均氣溫3.4℃，最高氣溫39.6℃，最低氣溫-42.7℃，最大凍土深度1.8m，最大積雪厚度2.8m，多年平均降雨量113mm，多年蒸發(fā)量1844mm。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。

該擴建渠道工程沿渠線通過的地貌為剝蝕起伏的平原與沖洪積平原的過渡帶和河谷階地，總地勢由北東向南西緩傾。根據(jù)地質(zhì)資料統(tǒng)計，渠段渠床分布的泥巖長42.25km，占渠線全長31.6%，大部分以弱～中膨脹巖為主，局部段為強膨脹巖，對渠道的安全運行存在不同程度的潛在危害。

2 泥巖段破壞特點及成因

由于在前期建設(shè)期間，對泥巖基礎(chǔ)渠道的認識不足，未對其進行換填處理。根據(jù)輸水渠道運行十幾年現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，每年停水后膨脹泥巖渠段均存在不同程度的渠堤滑坡、渠坡鼓脹、渠底變形等問題。究其原因，膨脹泥巖段土層是一種特殊的非飽和土，其特殊性表現(xiàn)在，吸水膨脹軟化，失水收縮干裂，同時具有超固結(jié)性和多裂隙性。由于長期受到運行期水位變化及融雪性積水的影響，膨脹性泥巖段土層長期受到干濕循環(huán)的作用，因而引發(fā)渠道破壞，影響渠道輸水安全。

本工程通過設(shè)置排水措施，阻斷膨脹土體與外界水分的交換，使膨脹巖土的含水量相對穩(wěn)定，以實現(xiàn)解決渠道滑坡變形破壞問題，確保工程安全運行。

3 泥巖段排水設(shè)計

3.1 擴建渠道

根據(jù)工程規(guī)模，該擴建渠道將原渠堤加高1.5～2.0m，加高后渠道襯砌采用現(xiàn)澆混凝土弧形渠底結(jié)構(gòu)，自上而下分別為10cm厚現(xiàn)澆混凝土板、一布一膜、3cm厚砂漿墊層，渠坡采用預(yù)制混凝土六棱塊襯砌，自上而下分別為6cm預(yù)制混凝土六棱塊、3cm厚板下砂漿墊層、一布一膜、3cm厚膜下砂漿墊層。為防止膨脹性泥巖對渠道產(chǎn)生破壞，對渠道基礎(chǔ)進行全斷面換填處理：渠底換填厚度2.1m，渠坡?lián)Q填厚度2.0m。采用兩層換填結(jié)構(gòu)，靠近渠床一側(cè)換填白砂巖或礫質(zhì)土等滲透系數(shù)較小的土料，靠近襯砌結(jié)構(gòu)鋪設(shè)0.5m厚透水砂礫石層，在渠底砂礫石層底部鋪設(shè)縱向排水體，排水體內(nèi)鋪設(shè)DN200 UPVC濾水管，同時設(shè)置橫向排水集水井由兩側(cè)匯集濾水管內(nèi)的滲漏水。

3.2 橫向排水

渠道縱向排水匯集在橫向排水井的滲漏水，通過橫向排水結(jié)構(gòu)排出。對于部分填方渠道采用埋設(shè)DN180的PE管通過自流方式排至低洼處，對于挖方段則需設(shè)置水泵采用抽排方式。

本次泥巖段渠道抽排式橫向排水結(jié)構(gòu)設(shè)計提出3種方案。

3.2.1 方案1（渠內(nèi)鋼管排水方案）

設(shè)置跨渠鋼桁架橋，集水池設(shè)置DN500入泵鋼管連接測橋，采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。外徑尺寸DN3000，壁厚20cm，池深3.4m；集水池蓋板上設(shè)置φ800進人孔和φ500入泵孔。

3.2.2 方案2（渠坡鋼管排水方案）

渠道右岸設(shè)置操作平臺，順渠坡埋設(shè)DN500入泵鋼管連接至集水池，采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外徑尺寸DN3000，壁厚20cm，池深3.6m，集水池蓋板上設(shè)置φ800進人孔。

3.2.3 方案3（渠外豎井排水方案）

渠道右岸 （位置較低的一側(cè)）渠堤外側(cè)埋設(shè)豎井，埋設(shè)深度13.0m，井底高程相對對應(yīng)樁號的渠底-5.1m，埋設(shè)縱坡為1/50的DN180的PE管將渠底設(shè)置的集水井與排水井連通，采用預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸1.1m×1.1m×1.1m（長×寬×高），豎井由預(yù)制鋼筋混凝土井管拼裝，單節(jié)井管尺寸3.0m（內(nèi)徑）×1.2m（高），壁厚15cm。

3.3 橫向排水設(shè)計方案比選

以渠道加高擴建后渠頂高程相對渠底7.4m渠段處橫向排水，分別從施工條件、運行管理、主要工程量等方面對3種方案進行比選，結(jié)果如表1。

表1 橫向排水設(shè)計方案比選

由表1可知，方案1，雖然在工程量對較少，工期短，但入泵鋼管對渠道水流有阻滯影響，底板與集水池間止水安裝質(zhì)量要求較高；方案2，工程投資最省，但存在施工不便造成渠道邊坡破壞問題；方案3，雖然投資大些，但豎井設(shè)置在渠道外，工程質(zhì)量更有保障，運行管理方便。經(jīng)綜合比選，采用方案3。

4 結(jié)語

通過渠道結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，從工程施工、運行管理、工程投資等角度，經(jīng)綜合必選，確定適合工程特點的橫向排水方案，可有效解決泥巖段渠道滑坡問題，為提高高寒地區(qū)輸水渠道的安全運行提供可靠保障。

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［6］徐虎城，徐進忠，高強.嚴寒地區(qū)長距離輸水渠道滑坡段排水方法［J］.水利水電技術(shù)，2014，45（6）：41-42.

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（責(zé)任編輯：王艷肖）

Research on treatment measures for drainage in mudstone section of long-distance diversion channel in alpine area

ZHANG Zhi-yan
（Xinjiang Survey and Design Institute of Water Resources and Hydropower，Urumqi 830000，China）

Aiming at the deformation failure problems in mudstone section of a expansion channel， the supply drainage measures in channel are provided.According to the project construction， operation management and project investment， a suitable transverse drainage was determined，it provides a guarantee for safety operation of long-distance diversion channel in alpine area.

alpine region； long-distance diversion channel； mudstone section； drainage

TV67

B

1672-9900（2017）03-0015-02

2017-04-05

張志雁（1984-），男（漢族），江西龍南人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作，（Tel）15999160349。