穿河隧道防洪評價與補救措施

劉艷秋

（安徽省交通勘察設計院有限公司，合肥 230011）

穿河隧道防洪評價與補救措施

劉艷秋

（安徽省交通勘察設計院有限公司，合肥 230011）

亳州市湯王大道過河通道工程新建隧道位于主城區，下穿兩岸堤防、渦河、小洪河及兩河之間的濕地公園。其中，渦河現狀為通航河道，小洪河不通航。通過對該隧道進行防洪評價計算，總結穿河建筑物防洪評價要點及補救措施，為類似工程提供借鑒。

穿河隧道；分叉河口；壅水高度；滲流穩定計算；抗滑穩定計算；補救措施

1 建設項目基本情況

亳州市湯王大道過河通道工程，起點位于規劃湯王大道與和平路交叉口，終點位于規劃三圣路與古泉路交叉口。路線全長1345m，其中隧道長1200m，暗埋段長880m，敞開段長320m。隧道下穿通過渦河、小洪河及鄭店子濕地公園，采用圍堰明挖法施工，工期720d，2017年4月開始施工。

2 河道現狀及現有水利規劃

2.1 渦河

渦河現狀河底高程28.26～28.66m，河底寬50m，河道上口寬130m（以常水位35m計）。根據《亳州市城市防洪規劃（2015—2030）》，渦河干流亳州規劃城區段河道基本達到防御20年一遇洪水的能力，其中主城區段（105國道橋～京九鐵路橋）防洪標準50年一遇。

根據 《亳州市中心城區水系溝通專項規劃（2012—2030）》，渦河核算標準50年一遇，設計流量2500m3/s，河道等級1級。隧址處渦河規劃河底寬60m，規劃河底高程28.5m，隧址處渦河現狀為Ⅵ級航道，規劃為Ⅳ級，考慮將來航道升級，現正按Ⅳ級標準進行設計。Ⅳ級航道規劃河底標高26.14m。

2.2 小洪河

小洪河河底高程32.01～32.66m，河底寬180m，河道上口寬240m（以常水位35m計）。小洪河核算標準20年一遇，設計流量741m3/s，河道等級1級。

小洪河規劃河底寬120m，在小洪河口上游2.3km處擬建小洪河閘，底板高程30.08m，根據洪河水力縱坡0.02%計算，隧址區小洪河河底防洪規劃標高29.62m。小洪河現狀不通航暫無航運規劃。

2.3 鄭店子濕地公園

鄭店子濕地公園現狀高程35.86～37.69m，常水位出露寬150m。

3 防洪評價

3.1 水文分析

擬建湯王隧道下穿處位于G105大橋下游0.73km，根據《亳州市城市防洪規劃（2015—2030）》和《亳州市中心城區水系溝通專項規劃（2012—2030）》，擬建隧道處渦河和小洪河流量和水位如表1。

表1 擬建隧道處流量和水位

施工圍堰采用對拉螺桿鋼板樁圍堰，頂部設雙拼鋼圍檁及鋼筋拉結形成整體，導流建筑物導流設計洪水標準10年一遇洪水，施工期如遇洪水，隧道導流時段安排在第1年10月～第2年4月，第2年10月～第3年4月。隧道處位于渦河大寺閘上游16.33km，因此本工程10年一遇洪水導流流量可參考大寺閘設計洪峰流量。依據 《安徽省渦河近期治理工程初步設計報告》，大寺節制閘分期設計洪峰流量如表2。

表2 大寺閘分期設計洪峰流量成果

本工程10年一遇洪水導流流量同大寺閘為311m3/s；20年一遇洪水導流流量同大寺閘為410m3/s。

3.2 雍水計算

隧道工程埋于地面以下，隧道建成后，不會對河道產生壅水影響，本次僅分析施工期雍水。

隧道工程圍堰施工第1階段圍堰范圍：北岸大堤～洪河河中和南岸大堤～渦河河中，施工第2階段圍堰范圍：洪河河中～渦河河中。由于圍堰束窄水面，水流過流斷面減小，河床水位抬高，造成壅水。壅水后水位根據河床比降、河道糙率和斷面資料，采用曼寧公式計算，如式（1）：

式中 n為河床糙率；A為斷面面積；R為水力半徑；I為比降。

由于施工圍堰分2個階段，雍水分析以3個階段進行。依據 《安徽省渦河近期治理工程初步設計報告》內容，主槽或灘地糙率分別取0.0225和0.03；隧道所在的河道位于小洪河口附近，縱坡為1/8400，本次計算取1/10000。圍堰設計水位為10年一遇，本次雍水分析對20年一遇水位進行校核。

3.2.1 渦河施工期第1階段

圍堰范圍為南岸大堤～渦河河中，根據《湯王隧道圍堰設計圖》，南岸大堤～渦河河中圍堰施工后，水位計算成果如表3。

表3 水位計算成果

由表3可知，施工期第1階段10年一遇設計流量對應的水位37.72m，20年一遇設計流量對應水位38.23m。考慮波浪和超高（按1m）的影響，施工期，發生10年一遇洪水時，圍堰高程滿足要求。

3.2.2 渦河施工期第2階段

渦河河中～小洪河河中，當圍堰范圍為渦河河中～濕地公園時，水位計算成果如表4。

表4 水位計算成果

由表4可知，施工期第2階段10年一遇設計流量對應水位37.63m，20年一遇設計流量對應水位38.43m。考慮波浪和超高（按1m）的影響，施工期，發生10年一遇洪水時，圍堰高程滿足要求。

3.2.3 小洪河施工期第1階段和第2階段

圍堰為北岸大堤～小洪河河中時，河槽寬67m，上口線寬度不低于90m；圍堰為小洪河中～濕地公園時，河槽寬90m，上口線寬度不低于111m。因缺少小洪河施工期洪水資料，無法具體計算。類比渦河，主槽底高程33.2m，圍堰的的迎水面頂高程39.3m滿足施工期使用要求。

3.3 沖刷計算

隧道建成后，由于隧道經河床下穿越，在河道內不增加阻水性的建筑物，水流的流態不會因隧道工程建設而發生改變，河道沖刷主要為自然沖刷。根據地質勘察報告，隧道穿越處河槽第1層土為粉土，屬中等密實的黏土。

隧址處渦河和小洪河20年一遇洪水水位、50年一遇洪水水位 （小洪河僅有20年一遇流量資料，且小洪河不通航，沖刷影響較小，僅對20年一遇進行計算）、洪水位39.71m和枯水位35.2m情況下的沖刷計算方法參照文獻［10］，采用式（2）計算最大沖刷水深。

式中 hm為最大沖刷水深 （m）；qmax為主槽最大單寬流量Qc為天然狀態下主槽流量（m3/s），Bc為主槽部分過水寬度 （m），hmax為主槽最大水深（m），為主槽平均水深（m）；v′c為河床不沖流速（m/s）為水深1.0m處的不沖流速，取1.2m/s。

沖刷計算成果如表5。

表5 沖刷計算成果

3.4 堤防穩定影響

隧道工程采用大開挖施工，堤防恢復設計采用粉質黏土回填，填筑高度至堤防規劃頂高程40.21m，渦河側堤防內外邊坡坡比均為1∶3，小洪河側堤防坡比為1∶7.5，背水側順接現狀地面。

3.4.1 堤防滲流

計算斷面選取隧址處垂直于堤防的規劃斷面。考慮到現狀堤防是穩定的，本次僅對隧道完成后進行堤防滲流計算。采用GEO-SLOPE軟件計算滲流和抗滑，隧道按不透水層考慮，隧道周圍土層按增大滲透系數計算。

計算工況：

（1）正常期：迎水側取50年一遇設計洪水位38.69m，背水側無水或地下水位不利工況；

（2）驟降期：由設計洪水位48h驟降2m。

滲流穩定分析上游水位取50年一遇設計洪水位38.69m，下游水位平地面。經計算，渦河側堤防正常條件下及水位驟降工況下，水力比降分別為0.1和0.08，均小于允許水力坡降，滿足規范要求。小洪河臨水側坡比1∶7.5，背水側地面高程基本與堤頂持平，小洪河側滲流穩定滿足要求。

3.4.2 堤防抗滑

計算工況：

（1）設計洪水位，堤后無水，背水坡的穩定計算；（2）設計洪水位驟降期，臨水坡的穩定計算；

（3）施工期，迎水側為枯水期水位，背水側無水或地下水位不利工況。

隧道穿渦河、小洪河堤防按50年一遇防洪標準加固設計。根據GB50286—2013《堤防工程設計規范》，本工程為2級堤防。渦河側堤防抗滑穩定計算成果如表6。

表6 堤坡抗滑穩定安全系數計算成果

根據表6，渦河側南岸大堤、小洪河側北岸大堤穩定性滿足規范要求。

4 防洪補救方案

根據規劃，堤防恢復標準為：堤頂寬不小于7m，堤頂道路寬6m，內外邊坡不小于1∶3，并下上下游堤防順接。隧道穿越兩岸堤防處各設一道截滲帷幕。

隧道施工完成后，渦河、小洪河按規劃斷面恢復。鄭店子公園按現狀進行恢復（含植被）。圍堰頂高程要滿足施工期10年一遇洪水過流的要求。

本次設計渦河側及小洪河側兩岸堤防護坡范圍為隧道軸線上游125m，至下游150m范圍內。兩岸堤防按照規劃恢復（含南岸堤防臨水側塑膠跑道）后，堤防迎水坡采用混凝土預制塊護坡，護坡高度為自堤腳至20年一遇洪水位以上0.5m。

5 結語

（1）隧道圍堰設計洪水標準為10年一遇，為保證汛期安全，以防發生超過10年一遇洪水，應定時監測水位，備足回填土料、預留過流斷面。

（2）當隧道下穿通航河流時，隧道頂高程不但要滿足水利規劃要求，還應滿足航道規劃要求，預留航道升級空間，以防礙航。

（3）隧道的進、出土口距堤防背水側堤腳的距離，應滿足S171—96《堤防工程管理設計規范》等要求的護堤地范圍及堤防保護范圍。

［1］水利部.河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則（實行）［S］.2004.

［2］成麗婷.鐵路大橋跨河防洪評價及補救方案［J］.水科學與工程技術，2014（2）.

［3］孫慶磊，周波，李超.跨河橋梁防洪影響評價指標體系及影響防治措施研究［J］.水利科技與經濟，2014（4）.

［4］趙博，朱梅，趙家詳.碼頭工程防洪評價方法與探討［J］.地下水，2016（6）.

［5］黃義娟.三大類建設項目的防洪評價要點分析［J］.中國農村水利水電，2015（8）.

［6］何書琴，徐林春，鄭國棟.穿河穿堤工程防洪影響評價技術審查要點分析［J］.廣東水利水電，2012（7）.

［7］安徽省水利水電勘察設計院.亳州市城市防洪規劃（2015—2030）［R］.

［8］合肥市市政設計院有限公司.亳州市中心城區水系溝通專項規劃（2012—2030）［R］.

［9］安徽省水利水電勘測設計院.安徽省渦河近期治理工程初步設計報告［R］.

［10］謝鑒衡.河床演變及整治［M］.武漢：武漢大學出版社，2013.

（責任編輯：尹健婷）

Evaluation on flood control and remedy options of river-crossing tunnel

LIU Yan-qiu
（Anhui Provincial Communications Survey&Design Institute Co，Ltd，Hefei230011，China）

New tunnel of Tangwang Dadao river-crossing project is located in the downtown area of Haozhou.The tunnel will crossing both sides of the embankment，Guo river，Hong river and wetland park between the two rivers.Among them，Guo river is a navigable river，Hong river is not.In this paper，flood evaluation of the tunnel is elaborated，the main points and remedy options are summarized for the reference of similar tunnel projects.

river-crossing tunnel;divaricating rivers estuary;backwater height;seepage flow stability computation; calculation of stability against sliding;remedy options

TV122

：B

1672-9900（2017）04-0050-04

2017-05-08

劉艷秋（1988-），女（漢族），安徽亳州人，工程師，主要從事河道整治、防洪評價方向研究，（Tel）18772636092。