新基河系統內澇整治方案探究

2022-10-13 11:13:12陳鎮杰

水利科學與寒區工程 2022年9期

陳鎮杰

(東莞市水務局(東莞市運河治理中心)，廣東東莞 523000)

1 問題的提出

近年來，隨著東莞市經濟的飛速發展，新基河排水防澇短板問題日益突出。新基河位于廣東省東莞市，屬于東引運河左岸一級支流，其發源于東城牛山，經南城西平，橫穿東莞大道、宏圖路、莞太路，于南城步行街西末端匯入東引運河。新基河河道總長10.03 km，流域面積18.70 km2，上游建有西平水庫，水庫集雨面積6.84 km2，水庫以下河道加權比降為2.8‰。

流域范圍內現狀有三處易澇點，分別位于環城路雅園橋底、綠色路世紀城路段、城市風景街，其中，城市風景街內澇情況尤為嚴重，最嚴重時積水深度可達1.2 m，積水范圍達0.15 hm2，給周邊居民的生命及財產造成嚴重威脅[1]。經分析內澇成因主要為：(1)新基河流域未進行整體系統性排水防澇規劃建設，導致新基河流域內排水防澇設施建設標準參差不齊，尤其是末端加蓋的暗涵斷面尺寸不一，局部形成過洪瓶頸，嚴重影響系統排水。(2)新基河雨水分區為西平水庫溢洪道至運河區間匯水范圍，區內道路雖已基本覆蓋雨水管網，但雨水管網建設標準較低，局部低洼區域自排能力不足，極易引起內澇。

為提高新基河系統防洪排澇能力，保障人民生命財產安全，亟須開展新基河流域系統性內澇整治。本文基于分流理念重新劃定流域內匯水分區，通過新建分流管涵來有效削減洪峰流量，解決內澇問題，從而滿足區域社會經濟可持續發展需求。該項目的實施，可為我國城市內澇整治提供一定的借鑒經驗。

2 內澇整治方案論證

2.1 系統排洪流量確定和解決思路

按市政暴雨重現期5 a標準疊加西平水庫100 a一遇泄洪流量52.2 m3/s后，新基河總的泄洪負荷為243.11 m3/s。采用水力模型法模擬在100年一遇下游水位(CBD中心公園段)、上游西平水庫設計最大泄洪以及同頻率降雨的情況下，新基河河口洪峰流量約為204.8 m3/s。經水力計算，目前新基河排澇系統最明顯的瓶頸是末端宏圖路～運河段，該河段為加蓋暗涵，排水能力較弱(過流能力為129.8 m3/s)，仍有75.0 m3/s的流量缺口。為徹底解決內澇問題，結合新基河流域已高度城鎮化的現狀，本研究提出分流整治方案，即通過新建分流排水通道解決排水流量缺口問題，以改善流域現狀排水狀況。

2.2 整治方案對比分析

整治方案以新建泄洪量75 m3/s的分流通道為主要內容，并綜合考慮項目可實施性、工程造價、對周邊居民影響等因素，提出以下3個方案進行對比分析：(1)方案一(擴寬現狀暗渠)：保持現有渠道的走向，將瓶頸暗涵段擴寬8～10 m。(2)方案二(沿宏圖路、廣彩路、莞太路、環城路走向新建分流箱涵)：考慮拓寬現狀暗渠施工難度較大，在暗渠上游的石竹新花園處開始分流，此處的河道斷面為2孔7.0 m×3.5 m箱涵，新建分流箱涵后將澇水沿著宏圖路、廣彩路、莞太路、環城路，最終引入周溪水陂涌。(3)方案三(沿東莞大道、廣彩路、莞太路、環城路走向新建分流箱涵)：在東莞大道北側中心湖公園內的新基河明渠處進行分流，然后，沿著東莞大道、廣彩路、莞太路、環城路新建分流管涵，最終澇水進入周溪水陂涌。不同方案優缺點對比如表1。通過綜合比選后，確定方案三為推薦方案。

表1 內澇整治方案對比

2.3 分流規模論證

新建分流管涵后，新基河流域雨水分區基本維持不變，流域內現狀排水管渠仍排入新基河。分流點上游的排水系統收集流域雨水后，于分流點分為兩個支流：支流一為新建的分流管涵，分流通道設計泄洪能力為75.0 m3/s(箱涵匯水進入周溪水陂涌，該河涌出口處運河P=1%洪水位為3.44 m(85高程)；支流二(即原新基河)為原有的泄洪主通道，當雨量較大時，河道泄洪量會超出分流通道泄洪能力，超出的雨水量將通過支流二排入運河，其設計泄洪能力約為129.8 m3/s，該通道出口處運河P=1%洪水位為3.52 m(85高程)。分流口下游排水系統維持不變，現狀排水管渠接入新基河主通道，最終匯入運河。

3 工程方案設計

3.1 工程建設內容

新建分流管涵規模為2根D4000鋼筋混凝土管,2孔B×H5.0m×3.5 m箱涵，分流能力為75.0 m3/s。具體內容為：(1)新建分流管涵與新基河的接水口。(2)沿東莞大道敷設2根D4000鋼筋混凝土管，單根管長274 m；沿廣彩路敷設2根D4000鋼筋混凝土管，單根管長1529 m；敷設B×H=5.0 m×3.5 m箱涵，箱涵長141 m；沿莞太路敷設2孔B×H=5.0 m×3.5 m箱涵，箱涵總長555 m；沿環城路輔道敷設2孔B×H=5.0 m×3.5 m箱涵，箱涵接入位于南城中學內預留的接口，箱涵長324 m。(3)改建環城西路接入周溪水陂涌的現狀5.0 m×3.5 m箱涵(南城中學校內段)，直接沿著環城西路接入水陂涌明渠，改建箱涵長180 m。(4)沿莞太路敷設D1650鋼筋混凝土管，管長190 m，引環城西路-莞太路橋底澇水排入新建分流管涵。

3.2 工藝設計

3.2.1 分流管涵接水口設計

分流口擬建在位于新基河東莞大道過路箱涵段北側自然明渠處，分流口部分位于CBD中心公園內，部分位于東莞大道北側綠化帶。分流口設置可調鋼壩，其位于中心公園景觀臺下方，用于調節主通道與分流通道的過流量。旱季時,可根據中心公園景觀水體對水量、水質的要求,靈活調節鋼壩高度，合理分配新基河上游來水在主通道與分流通道的流量比例；雨季時,則完全打開鋼壩，確保雙通道暢通，通過自然水頭差完成流量分配，從而滿足系統防洪排澇要求。

3.2.2 分流管涵設計

擬在東莞大道北側中心公園內敷設2根D4000分流管道，管道埋深8.34～11.56 m，采用頂管施工方式。中心公園以外管段位于商務區地塊規劃綠化帶下，現狀為空地。由于東莞大道車行道和輔道下為地鐵R2一級控制區，為避免對地鐵正常運行造成影響，分流口處頂管接收井設置在新基河東莞大道過路箱涵西側出口最南線南側。

擬在廣彩路南段(東莞大道至南城社區衛生站)采用2根D4000鋼筋混凝土管道，由于新建分流管埋深約12.75～16.65 m，覆土深8.45～12.35 m，因此，采用頂管施工。廣彩路北段(南城社區衛生站至莞太路)地勢較低，設計分流通道覆土相對南段較淺，擬采用開挖方式建設兩孔箱涵，并以灌注樁進行臨時支護。

分流管涵出廣彩路進入莞太路后，由于莞太路兩側非機動車道下現狀管線繁多，新建分流箱涵設置在機動車道下。此段分流箱涵與莞惠地鐵在平面上存在交疊，交疊的長度約555 m。莞惠城際在此段埋深為28.0～36.0 m，箱涵底部與莞惠城際頂部的凈距為14.44～26.08 m。通過進行抗浮、抗滲設計，可最大程度減小對地鐵運行的影響。

莞太路段分流箱涵沿環城路的輔道轉彎，通過輔道進入南城中學，與校內周溪水陂涌預留的接口相接。環城路段分流箱涵埋深4.00～6.98 m。環城路西側的袁屋邊片區有雨水通過環城路箱涵進入周溪水陂涌，環城路現狀排水箱涵線路與新基河設計分流箱涵線路重合，需將此現狀箱涵改線，從而保證新基河分流箱涵的順利實施。現狀箱涵尺寸可滿足匯水分區5年一遇降雨量要求，改建箱涵尺寸按現狀B×H=5.0 m×3.5 m實施，沿環城路輔路敷設，斜穿育才橫路后接入周溪水陂涌，改建箱涵長約180 m。

3.3 結構設計

3.3.1 設計標準

工程結構設計使用年限為50年，建(構)筑物結構安全等級為二級。根據《建筑抗震設計規范》(GB 50011—2010)[2]劃分，擬建場地抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05 g，場地設計特征周期值為0.35 s。場地類別為Ⅱ類，場地土類型為中軟土～中硬土。

3.3.2 頂管結構設計

目前，頂管法施工技術已比較成熟，不僅對現有道路、毗鄰建筑物及管線等影響較小，同時，土方開挖、回填量亦較少[3]。東莞大道及廣彩路2根D4000鋼筋混凝土管道埋深較大，故采用頂管施工方案。沿線頂管所處土層為砂質黏性土，該土層工程性質較好，中繼間考慮約100 m間距設置一個。

為滿足雙排平行頂管施工的工作面，經過核算，考慮設置D20m圓形頂管工作井1個(壁厚1.4 m，井筒深度12.0 m，井高17 m)，10 m×14 m(長×寬)矩形頂管工作井2個，8 m×14 m(長×寬)矩形頂管接收井3個。由于市區內道路狹窄且交通繁忙，應盡量減少施工占道，選擇較空曠且交通量小的地方布置頂管井，以減小對道路交通的影響和路面恢復工程量。

3.3.3 箱涵基坑支護設計

為了保證箱涵安全施工，必須采取科學合理的基坑支護措施[4]。新建分流箱涵修建在已建道路下，施工時，必須考慮盡可能減少對現有道路的破壞，并避免損壞現有道路下已埋設的各種管線設施(必要時應采取有效的保護措施)；同時，須考慮臨街房屋的安全和盡可能減少對周圍環境、居民生活、道路交通的影響。城市區基坑支護常見措施有3種方案[5]，對比如表2。

表2 箱涵基坑支護對比情況

續表2

圖1 新基河洪峰分流后水面線

圖2 分流箱涵水面線

4 內澇整治效果分析

新基河在上游實施分流工程后，百年一遇水面線如圖1。工程實施后，與現狀情況相比，新基河分流斷面以下水面線大幅下降，尤其是國際商務區上游最高水位約6.85 m，低于規劃控制水位(7.20 m)。分流箱涵水面線，如圖2，始終低于涵內頂線，說明箱涵的過流能力充足，其最大水位為起點水位(約6.85 m)。在圓管與矩形箱涵連接處，因過流能力增加，水面線與上游相比有所下降。工程實踐表明，實施分流工程后，能分擔新基河上游洪峰流量約75 m3/s，有效地保障了流域內水安全。