衛河倒虹吸樞紐工程施工導流設計

王海峰，梁松山，宋濤，郭江波

(1.河北工程大學水利水電學院，河北 邯鄲 056021;2.河北省水利工程局,河北 石家莊 050021；3.邯鄲市水利工程處,河北 邯鄲 056000)

1 工程概述

引黃入冀補淀工程屬于大型跨區域、跨流域引調水工程，是國務院于確定的172項節水供水重大水利工程項目之一。引黃入冀補淀工程既是雄安新區生態水源保障項目，也是國家戰略工程。按照SL252-2017的規定引黃入冀補淀工程設計等級為Ⅰ等工程，工程規模為大(1)型，設計多年平均引水量7.40億m3,每年可向雄安新區生態補水2.55億m3。工程從河南濮陽渠村黃河取水口入南湖干渠，沿渠向北穿衛河進入河北，引黃工程全線通過現有河道、溝渠輸水，全程自流至白洋淀。衛河倒虹吸是引黃水進入河北的控制性工程，也跨越是河北、河南分界線衛河交叉性樞紐工程。

圖1 衛河倒虹吸工程位置圖

衛河倒虹吸位于引黃入冀補淀工程(河南段)總干渠的末端，濮陽市清風縣陽邵鄉硝河閘東360 m處，工程全長934.40 m，設計流量61.40 m3/s，設計水頭0.82 m，倒虹吸管身為箱型鋼混結構雙線平行布置。依據所穿越衛河兩岸堤防的級別確定倒虹吸工程為2級建筑物，防洪標準50年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核，抗震設防烈度為7度，工程合理使用年限為50年。衛河倒虹吸導流建筑物標準按4級設計，相應設計洪水標準為10年一遇。工程由五部分組成：進口分流段、進口控制段、倒虹吸管身、出口控制段和出口分流段等。衛河倒虹吸管分左、右兩側布置，兩側均為雙管線，其中左側為本次新建倒虹吸管(新管)，管身兩孔一聯，孔徑為3×3 m2。右側是已建倒虹吸管(舊管)，為2010年完工的“引黃入邯”工程修建，管身兩孔一聯，舊管在衛河左、右岸灘地、階地段孔徑為4×4 m2，衛河主槽段孔徑為3×3 m2。項目區段衛河常年有水且徑流量較大，在工程位置上游約13 km處衛河楚旺水文站，根據楚旺水文站多年水文觀測資料，該斷面多年平均流量為65.30 m3/s。

2 水文地質

衛河倒虹吸工程項目區為溫帶大陸性季風氣候，是半濕潤半干旱地區，主要受東南季風影響較大。區域內的降水在年內主要集中在6-9月份，降水量400.20 mm，占全年降水量的71.30%，10月至次年5月為枯水季，降水量為161.00 mm，占全年降水量的28.70%。降水年際變化的主周期分別為5-9 a，變差系數Cv為0.30。

倒虹吸工程與河道交叉斷面河段防洪標準為50年一遇，洪峰流量為2 500 m3/s。綜合上游來水情況、工程進度、導流工程造價，確定主河槽段施工期為1-5月，衛河倒虹吸施工期間導流建筑物采用枯水期10年一遇(1-5月份)設計標準，設計流量為85.30 m3/s。

工程場區為平原型河谷地貌，衛河兩岸由一級階地、河漫灘組成，兩岸階地上均修筑有堤防，河道寬約800 m，主河槽寬約36 m。兩岸漫灘基本對稱發育，寬約50 m，一級階地地形平坦、開闊，現主要是河北、河南當地百姓耕地，耕地地面高程49.50～50.20 m。漫灘緊鄰主河槽，高程在42.80～43.20 m之間，主河槽河床高程約39.50 m。工程建設區地層穩定，除人工夯實填土外均為第四系全新統沖積層，按地層巖性可分為3個地質單元，①層輕粉質壤土中，②層中、重粉質壤土，③層粉細砂、輕粉質壤土。根據地質勘結果，當地地下水主要是孔隙潛水，賦存于③層粉細砂中，地下水位埋深介于8.16～16.90 m之間。該區地下水主要靠地下徑流和衛河水補給，并以地下徑流形式排泄。地下水與地表水有水力聯系，年變幅一般在0～3 m。場區賦存有上層滯水，埋深約8.00 m，水位高程約41.20 m，賦存于①層輕粉質壤土中，②中、重粉質壤土為隔水層，富水性差，主要受大氣降水補給。施工期間為保證工程質量和干場作業，需在基坑內采取降排水措施。

3 施工導流設計

3.1 方案設計

根據施工進度安排，施工期為1-5月的枯水期，相應設計洪水標準為枯水期10年一遇，設計洪峰流量為85.30 m3/s。綜合考慮當地的水文、地質、樞紐布置、施工方案、工期以及工程投資等因素，依據河道現狀在主河床內擴挖子槽分期導流。設計采用全斷面一次性截流，截流前分別在兩岸漫灘地開挖導流明渠，上下游各設圍堰一道，截流同時導流明渠通水。在一個非汛期內兩次開挖導流明渠完成導流，導流平面布置詳見圖2。

圖2 衛河倒虹吸導流方案示意圖

3.2 導流明渠設計

導流明渠進出口布置在上下游圍堰以外20 m處，導流明渠采用枯水期10年一遇標準，設計洪峰流量85.30 m3/s。1、2期導流明渠長度均為300 m，明渠設計進口高程39.65 m，出口高程39.50 m，明渠底寬15 m，左右岸邊坡系數1∶1.50，詳見圖3、圖4。為避免水流流速變化對渠底產生淘刷，導流明渠進口和主河槽交叉段人工拋石墊底，拋石厚50 cm，范圍見圖2。導流渠和河槽拐角處坡上鋪設土工膜，土工膜上襯砌12 cm厚C20混凝土，襯砌范圍為主河槽和明渠進口處拐角每側2 m。

圖3 導流明渠結構形式圖

為保障邊坡穩定和防止水流對岸坡的淘刷，1、2期導流明渠全線坡、底鋪設土工膜，渠底、坡鋪設土工膜前開挖溝槽50 cm×50 cm，鋪膜后壓C20溝槽混凝土，每10 m設置一道，詳見圖4。

圖4 現場照片圖

3.3 防滲設計

為防止圍堰滲水進入基坑，圍堰距離基坑開挖開口線>30 m。為防止明渠滲水進入基坑，對基坑側明渠邊坡、渠底進行混凝土襯砌，襯砌范圍為在倒虹吸管身軸線東西各30 m。襯砌采用12 cm厚C20混凝土，橫向、縱向每4 m留伸縮縫，縫內填閉孔塑料板，縫表面用密封膠密封。

3.4 圍堰及交通橋設計

基坑上下游各設橫向圍堰一道，1、2期導流在順水流方向主河槽一側分別設置縱向圍堰一道。設計上下游圍堰、縱向圍堰頂部高程43.50 m，圍堰高4 m,頂寬5 m，上下游圍堰邊坡迎水面為1∶3，背水面為1∶2。利用原主河槽廢棄橋墩作為明渠交通橋橋墩，對廢棄橋墩加固加高，橋面鋪設28#槽鋼背焊，沿橋面每30 cm鋪一道，橋面寬5 m鋪設鋼板，左右兩側焊制鋼欄桿。

3.5 導流施工

衛河倒虹吸工程施工安排在一個枯水期內完成全部工程。灘地導流明渠的開挖從中間向兩端進行，工程機械采用1 m3挖掘機挖掘，50型裝載機推至指定存土場待回填。基坑上下游均為土質圍堰，圍堰填筑采用明渠或基坑的開挖土料，從衛河兩岸沿圍堰軸線方向同時進占填筑，用1 m3挖掘機挖裝，自卸汽車運輸至工作面，推土機攤平碾壓，另配備2.80 kW蛙式打夯機配合壓實。

4 經驗結論

綜上所述，引黃入冀補淀工程穿衛河倒虹吸施工導流設計，在掌握工程施工區域的地址、地形、水文氣象等自然特性后，結合樞紐工程總體布置、工程量、工期、工程投資等特點，特別是從工期和工程投資考慮，對工程分期實施計劃并進行分期施工導流設計。①衛河在華北地區屬于為數不多的常年有徑流的河流，10年一遇枯水期洪峰流量85.30 m3/s，工程施工必須進行導流。②采用分期導流方式、兩期導流方案，利用二級灘地開挖明渠導流，節省了導流工程量，降低了導流費用，并且分析導流的重點難點，在承擔部分風險的前提下，對圍堰、導流明渠進行土工膜、混凝土襯砌防滲施工，為主體工程的施工提供有利條件。③工期和工程投資是整個樞紐工程的主要影響因素，結合工程實際情況，合理安排施工工序、工期，加大主體工程的施工強度，既要保證工期，又要保證工程質量，各參建單位從技術風險和非技術風險兩方面入手，對原材料、設備、人員、工序、安全等方面進行控制和監督。④通過質量競賽、物質獎勵等方式，集中全工區力量打殲滅戰，確保主體工程施工目標的完成，為其他類似工程導流設計施工提供了經驗，可供借鑒。