某大型跨河壓力鋼管倒虹吸下部結構比選

周懷春 司建強

摘要：西南高原山區水資源豐富但區域分布不均，跨區域調水成為解決以上難題的主要工程措施。倒虹吸作為大型引調水工程跨河建筑物的重要組成部分，具有施工難度大、安全風險高，工程投資高等特點，下部結構形式直接關系到工程運行安全及工程投資，因此本文對大型壓力鋼管倒虹吸的下部跨河支撐結構進行不同方案比選分析，選擇較優的下部支撐結構方案。

關鍵詞：引調水工程;倒虹吸;拱橋;梁橋;綜合比選

一、工程概況

滇中引水工程是云南省可持續發展的戰略性基礎工程，工程從金沙江上游石鼓河段取水向滇中城鎮生活及工業供水、同兼顧農業與生態，以解決云南省社會經濟發展的核心區嚴重缺水問題[1]。工程受水區包括大理、麗江、楚雄、昆明、玉溪、紅河六個州（市）的35個縣（市、區），總面積3.69萬km2、人口1418.1萬人。

工程多年平均引水量34.03億m3，工程由石鼓水源和輸水總干渠兩部分組成。水源工程為石鼓石鼓提水，裝機12臺，總裝機功率480MW。總干渠跨滇西北、滇中及滇東南地區，依次經過麗江、大理、楚雄、昆明、玉溪和紅河6個州（市），線路全長664.23km，設計流量135m3/s～20m3/s。

輸水總干渠某倒虹吸橫跨區域大型河流干流，銜接上下游輸水隧洞，交叉處河道設計洪水（100年一遇）1705m3/s。倒虹吸全長1460m，設計流量100m3/s，采用3根直徑4.2m壓力鋼管輸水。倒虹吸進出口距離河底高差247m，壓力鋼管最大靜水頭約206m。

二、 倒虹吸地形地質條件

河流在該段總體流向由南向北，河谷基本上呈“V”形，下部狹窄，上部稍寬緩，河床最低高程約1695m，河床寬度50m～80m，谷峰高差560m～580m。河流西岸坡度25°左右，東岸35°～45°。

兩岸山坡地表廣泛分布較薄的第四系覆蓋層，部分陡坡地段見基巖出露。下伏基巖為三疊系上統舍資組（T3s1），地層為中厚層狀長石石英砂巖夾泥質粉砂巖、泥巖。

三、下部支撐結構形式選擇[2-4]

橋型選擇應以安全、適用、經濟、美觀及耐久為原則，綜合考慮橋位處地形、地質條件，施工工期要求、施工場地的布置等，本文重點對拱橋和梁橋兩種橋型進行比選。

（一）拱橋方案

拱橋方案擬定為100m上承式鋼筋混凝土箱型拱橋，計算矢跨比為1/6，拱軸線型為懸鏈線型，拱軸系數m=2.240。上部結構跨度劃分為11m×10m，總長110m。壓力鋼管內徑為4.2m，支撐在蓋梁上，蓋梁與拱箱通過立柱連接。立柱為1.4m×1.0m、1.2m×0.8m實心鋼筋混凝土方柱。主拱由11箱鋼筋混凝土預制閉合拱箱組成，主拱圈截面高度為3.2m，每榀寬1.6m，總寬為18.4m。每箱分5段吊裝，拱橋兩端布置擴大拱座。結構布置見圖2和圖3。

（二）梁橋方案

梁橋方案橋跨布置為11m×15m，橋梁總長為165m。上部結構為3根4.2m壓力鋼管，橋墩間距15m。橋墩墩高大于20m采用變截面空心薄壁墩，其他采用樁柱一體式橋墩。空心墩最大墩高為39m，橫橋向由2個空心墩組成，單個空心墩橫橋向寬7.0m，墩頂順橋向長1.8m，從上到下按1：50變寬，壁厚為0.5m，承臺尺寸為17m×6m×2.5m，每個承臺下有8根樁，樁基直徑為1.5m。樁柱一體式橋墩最大墩高為14.5m，直徑為1.5m，每個蓋梁下有6個橋墩共同承載上部荷載。結構布置見圖4～圖6。

三、方案綜合比選

如表1所示，分別從橋梁規模、經濟性、美觀、施工難度、施工安全、耐久性等方面對拱橋方案及梁橋方案進行比較，并確定拱橋方案為推薦方案。

四、 結語

該河道為典型“V”形河谷，兩岸覆蓋層厚度薄，下浮基巖以弱風化、微風化的長石石英砂巖為主。通過多倒虹吸拱橋方案和梁橋方案綜合比較，拱橋方案具有抗震性能好、結構形式簡單，施工工期段及工程投資省的有點，因此該倒虹吸下部結構推薦采用拱橋方案。

參考文獻：

[1]水利部長江水利委員會. 長江流域綜合規劃（2012～2030年） [Z]. 2012;

[2]中華人民共和國交通運輸部. JTG D62-2012. 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S]. 北京：人民交通出版社，2012

[3]項海帆. 高等橋梁結構理論（第2版）（研究生教學用書）[M]. 2013.

[4]吳德緒， 倪暉. 南水北調中線工程設計與重大技術問題研究[J]. 人民長江， 2014（6）：1-3.

作者簡介：周懷春（1967-），男，云南昆明人，高級工程師，主要從事水利工程建設與管理工作。