新疆巴達木調水改建工程渠道優化設計淺析

李 蘭

（塔城地區庫魯斯臺草原生態修復工程建設管理局，新疆 塔城 834700）

1 工程概況

擬建的巴達木調水改建工程由渠首和渠道組成。引水閘設計引水流量為1.0 m3/s。溢流壩垂直于河道布置，溢流壩長6 m，采用C20、F200 砼澆筑。沖砂閘布置在溢流壩左壩端，沖砂閘為一孔，單孔寬3 m，采用鑄鐵閘門控制。引水閘布置在河道右岸，引水閘為一孔，單孔寬2.0 m，采用鑄鐵閘門控制。

渠道總長6.9 km，設計引水流量為1.0 m3/s，渠道平均縱坡為0.0025。渠道進水口渠底高程為1465.77 m。

原有老引水渠道自引水閘起沿河道右岸布置，渠道右岸多為尖頂，山勢陡峭，局部滑落嚴重。碎石滑落對老渠道破壞嚴重，局部渠道已被碎石破壞，渠道內堆滿碎石，現已無法正常通水。必須加以重新修復，見圖1、圖2。

圖1 山勢陡峭段

圖2 山體碎石滑落段

圖3 老渠道

圖4 左岸局部滑落段

初設方案渠道橫斷面為梯形，上口寬4.02 m，底寬0.6 m，設計邊坡為1∶1.5，渠深1.2 m。為了方便施工和防止渠道遭受破壞，在依附山體一側的渠道修建伴渠道路，伴渠道路長6.9 km，路寬4 m。渠線局部采用蓋板渠，沿渠系塌方嚴重地段采用預制砼蓋板針對此段渠道進行防護。部分破碎段及高邊坡段進行掛網噴錨支護，以保證今后渠道正常運行。

2 優化方案選型

2.1 可選方案

根據下游灌區的引水要求，結合渠線的平面布置及工程地質條件，對巴達木河出山口進行了踏勘，根據地形良好、建筑物布置緊湊、引水條件等原則，本階段在渠道橫斷面設計中考慮選用以下3 種方案進行優化比選：

方案一：渠線采用預制混凝土管，渠線平均縱坡i=0.0025，設計引水流量為1.0 m3/s，經計算，選用φ1.0 m 預制混凝土管。

方案二：渠線采用預制混凝土U 型渠與預制混凝土管相結合設計，根據地形，樁號0+550～1+270 傍山渠線段采用φ1.0 m預制混凝土管，原因是傍山渠線右岸多為尖頂，山勢陡峭，左岸局部滑落嚴重。其余渠線段選用預制混凝土U 型渠。

方案三：渠線采用預制混凝土U 型渠，設計引水流量為1.0 m3/s，經計算，U 型渠上口寬1.54 m，渠底圓弧半徑0.7 m，渠深1.1 m。

2.2 方案比選

表1 渠線選線方案比選表

從施工分析，方案二和方案三挖方量較大，高邊坡處理施工開挖難度較大，渠道開挖斷面作業面較大，場內施工運輸難度較大。方案一采用φ1.0 m 預制砼管，可取消右岸伴渠道路，只保留1.5 m 行人便道，施工道路調整到山體坡腳河床內，減少了山體的開挖，縮窄了開挖作業面，預制好的成品從河床施工道路上采用吊裝施工，解決了現澆方案中原材料運輸問題，因此，相對施工簡單。

從運行管理分析，砼管方案相對預制砼U 型渠運行管理便捷，砼管方案避免了碎石滑落對渠道砼板的破壞；避免了渠道內的碎石清除，從而減少了管線巡視次數。

從占地分析，方案一比方案二和方案三減少了占地面積。

從工程造價分析，方案一可節約更多的資金。

綜上，本階段推薦方案一，預制混凝土管方案。

3 方案優化設計

3.1 管道設計

本工程選用φ1 m 預制砼管，長6.9 km，壁厚120 mm，單根預制長度2 m?？傞L6.9 km，設計流量1 m3/s，平均縱坡i=0.0025，預制砼管與上游渠首通過扭面銜接。

樁號0-005～0+000 段為進口扭面段，長5 m，扭面采用20 cm厚的混凝土預制塊，底板采用8 cm 厚的混凝土預制塊，底板和邊板下鋪筑20 cm 厚的砂礫石墊層，砂礫料墊層中粒徑d≤0.075 mm 的顆粒含量≤10%，砂礫石墊層相對密度Dr＞0.75。

樁號0+000～6+920 段為預制砼管段，長6920 m，單根預制長度2 m，預制砼管φ1 m，壁厚120 mm。分縫處采用聚氨酯填縫。管頂回填土厚0.5 m，管底基礎鋪筑10 cm 厚的砂礫石墊層，砂礫料墊層中粒徑d≤0.075 mm 的顆粒含量≤10%，砂礫石墊層相對密度Dr＞0.75。

3.2 水力計算

預制砼管長度L=6920 m＞15h=15×0.74=11.25 m（h為預制砼管上游水深），水力計算采用迭代公式計算：

式中：Q為凈流量，m3/s；A為過水斷面面積，X為濕周；C為謝才系數；h為圓管水深；R為水力半徑，R=A/χ；i為底坡。

表2 預制砼管水力要素表

根據《村鎮供水工程設計規范》（SL 687-2014），設計流速不宜小于0.6 m/s，本工程設計流速1.58 m/s～1.71 m/s，滿足規范要求。

3.3 渠系建筑物

老渠線沿線共有10 處洪溝，其中2 處已建工作橋2 座，分別位于樁號2+121.9 和7+100.5 處。本次設計新建渠系建筑物共14 座，其中過水涵管2 座，過洪蓋板6 座，檢查井6 座。

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252－2000）規定，過水涵管和過洪蓋板等別Ⅴ等，工程規模為?。?）型，主要建筑物級別為5 級,洪水標準為10 a 一遇。由《新疆塔城水文水資源勘測局》水文報告知，10 條洪溝最大設計過流量是1.28 m3/s。

（1）過水涵管設計

過水涵管分別位于管道樁號0+963.5 和0+968.45 處，過水涵管從管底通過，過水涵管長12 m，由進口擋墻段，槽身段，出口擋墻段組成。

進口擋墻段，擋墻采用30 cm 厚細粒砼砌石，砂礫料墊層中粒徑d≤0.075 mm 的顆粒含量≤10%，砂礫石墊層相對密度Dr＞0.75。

槽身段，全長12 m，橫斷面設計為圓形φ400 mm 砼預制管，過水涵管所需涵管4 根，單根長4 m，管徑φ400 mm 砼預制管，壁厚100 mm。

出口擋墻段，擋墻采用30 cm 厚細粒砼砌石，砂礫料墊層中粒徑d≤0.075 mm 的顆粒含量≤10%，砂礫石墊層相對密度Dr＞0.75。

（2）過洪蓋板

過洪蓋板分別位于管道樁號0+129.11、0+378.06、1+517.34、1+613.97、2+364.46 和2+444.57 處，過洪蓋板從管頂通過，過洪蓋板長8 m，由進口擋墻段，渠身段，出口八字墻段組成。

進口擋墻段，進口寬1.6 m，擋墻采用重力式擋墻頂寬0.2 m，墻高1.2 m，采用C20、F200 砼澆筑。砂礫料墊層中粒徑d≤0.075 mm 的顆粒含量≤10%，砂礫石墊層相對密度Dr＞0.75。

渠身段，渠身段長5 m，寬1.6 m，渠身為矩形渠，采用鋼筋砼澆筑。

出口八字墻段，出口寬由1.6 m 漸變到2.53 m，擋墻采用重力式擋墻頂寬0.2 m，墻高由1.2 m 漸變到0.4 m，底板厚0.15 m，采用C20、F200 砼澆筑。砂礫料墊層中粒徑d≤0.075 mm 的顆粒含量≤10%，砂礫石墊層相對密度Dr＞0.75。

（3）檢查井

渠線每1 km 設一座檢查井，沿線共6 座，檢查井為矩形結構尺寸，長3 m，寬3 m，高2 m，邊墻及底板厚均0.5 m，采用C25F200 砼現澆；鋼筋砼蓋板尺寸：2 m×1.9 m×0.1 m，采用C25F200 鋼筋砼預制。

4 結論

新疆巴達木調水工程渠道改建預制砼管方案可降低造價71.03 萬元，取得了顯著的經濟效益。具有可推廣意義，但是，渠道工程具體采用何種方案，需要綜合考慮工程地質、施工條件、運行管理等多種因素。渠道工程的優化設計應從工程實際出發，以初步設計為參照，考慮可能的渠道設計其他方案，然后通過比選，得出最優方案。