立體交叉工程在黑龍江省訥謨爾河衛星灌區中的應用

胡 晶

(齊齊哈爾市水利勘測設計研究院，黑龍江 齊齊哈爾161006)

衛星灌區位于嫩江左岸一級支流訥謨爾河中下游，是黑龍江省北部跨齊齊哈爾市和黑河市兩大行政區的大型自流引水灌溉工程，2001年水利部批復的全國2 萬hm2以上大型灌區中黑龍江省有19個，衛星灌區為其中之一，也是我省19個大型灌區唯一地處最北面的一個。灌區總面積3.02 萬hm2，其中設計灌溉面積2.17 萬hm2。衛星干渠中、下游左側為漫崗高地，坡水溝分布較多，因而有較多的坡水溝與干渠、分干渠交叉。衛星灌區共有交叉工程23 座。其中維修8 座，新建15 座。

1 工程概況

2 號交叉工程位于衛星灌區總干渠5 +947 處，是干渠穿越灌區南部坡水溝的立體交叉樞紐工程，坡水溝集水總面積234.5 km2。工程等級為Ⅲ等3 級，坡水設計洪水標準為20 a一遇，相應流量為245 m3/s，校核洪水標準為50 a一遇，相應流量為380 m3/s，用水設計流量Q =21.24 m3/s。

交叉上部為渡槽形式，槽身為U 型斷面，底寬74.6 m，兩側設導流墻，坡水從渡槽中通過。交叉下部為倒虹吸形式，為3 孔鋼筋混凝土箱涵結構，斷面尺寸( 寬× 高) 3.0m ×2.0m，洞身總長76.69m，干渠用水從倒虹吸中通過。

總工程量3.99 ×104m3，其中土方3.46 ×104m3，石方0.34 ×104m3，混凝土0.19 ×104m3。工程預算379 萬元。由齊齊哈爾市水利勘測設計研究院設計，2006年10月22日建成并投入使用。

2 設計特點

2.1 工程布局、占地、投資方面

衛星灌區老2 號交叉下部是倒虹吸，上部坡水溝以土堤形式在倒虹吸上方通過，坡水經常沖毀堤身進入干渠，對渠道造成很大的破壞。

鑒于此，本次設計在工程布局上，將2 號交叉布置成為一座上部為坡水渡槽、下部為用水干渠倒虹吸的立體交叉樞紐工程。交叉上部坡水渡槽，上游采用干砌石護砌，渡槽主體工程為鋼筋混凝土U 型斷面，利用下部倒虹吸方涵洞洞頂作為渡槽的槽身，寬74.6 m，利用倒虹吸的洞頂板及倒虹吸進出口所設的懸臂板改造作為渡槽的槽身，出口護砌及海漫為干砌石結構，坡水從渡槽中通過。交叉下部為倒虹吸形式，為3 孔鋼筋混凝土箱涵結構，斷面尺寸( 寬× 高) 3.0m ×2.0m，洞身總長76.69 m，干渠用水從倒虹吸中通過。長度76.69 m的3 孔鋼筋混凝土箱涵即為交叉上部渡槽的槽身，又是下部為倒虹吸的洞身，創造性地將渡槽與倒虹吸兩種不同類型的交叉建筑物有效地組織在一起，將倒虹吸的洞身作為渡槽的槽身，既保證了大流量的坡水在倒虹吸上方的順利通過，又避免了坡水進入干渠，充分發揮兩種建筑物各自特點，將兩個建筑物組合在一起，且主體工程為一物兩用，在工程布局上緊湊合理，減少了工程占地，便于工程管理，而且節省了工程量3.12 萬m3，減少投資82 萬元。

2.2 結構型式方面

老2 號交叉洞身為漿砌石結構，斷面尺寸大，不適應地基沉陷和凍脹變形。本次設計倒虹吸洞身采用鋼筋混凝土箱涵結構，不僅提高了過流能力，減小了斷面尺寸和結構尺寸，也增強了對地基沉陷、凍脹變形的適應能力。提高了工程的可靠性。設計中采用無紡布代替傳統反濾層，方便了施工。

2.3 利用當地材料解決防沖、凍害方面

交叉工程所在位置季節性凍土標準凍深在2.3 m左右，根據地質資料，交叉所在位置地基上部存在一層高液限黏土層，冬季倒虹吸洞身同時受到洞內靜冰壓力與洞外凍土壓力作用，凍脹問題突出。采用懸臂式擋土墻代替重力式擋土墻，減小了工程量，提高了抗凍變形能力。優先采用當地建筑材料資源，在坡水渡槽進出口利用當地的建筑材料火山石組成石籠，作為防沖護砌材料，非常好的解決了高緯度地區立交水利工程的凍漲問題，避免了從外地采購石料，節約了投資。

3 立體交叉樞紐工程在灌區中的應用

2 號交叉工程是衛星干渠上的重要交叉樞紐工程，采用立體交叉樞紐這一形式，使大流量的坡水在干渠上部順利地通過，避免了以往坡水入渠對干渠的嚴重沖刷及對建筑物的巨大破壞，從而達到遏水患、興水利的目的，保證了灌區的的正常供水，衛星灌區渠系建筑物的一大特點就是交叉工程多，坡水流量大。工程位于衛星干渠上段，用水流量及坡水流量均很大，是衛星灌區23 座交叉工程中規模最大的一座，投入使用至今，已經歷5個凍融期，運行結果一切正常。該交叉工程這一結構形式為灌區后續交叉工程設計提供了示范作用。目前已建成的4 座交叉工程全部采用此形式，投入使用后運行情況較好。下附衛星灌區已建交叉工程水力要素表。

表1 衛星灌區已建交叉工程水力要素表

4 主要優缺點及今后改進措施

交叉工程的主要優點有2個:①因地制宜，將渡槽與倒虹吸兩種不同類型的交叉建筑物有效的組織成為一種立體交叉樞紐，解決了大流量的坡水順利通過用水干渠的問題，充分發揮兩種建筑物各自的特點。②積極并優先采用當地建筑材料資源，實現了資源的綜合利用，解決了工程防沖和凍脹的問題，節約了投資。

衛星灌區渠系建筑物的一大特點就是交叉工程多，坡水流量大。范圍內共有交叉工程23 座。其中維修8 座，新建15 座。如何解決好交叉工程，關系到整個灌區節水改造實施的成敗，按初步設計的規劃，還有11 座交叉工程需要新建，在今后的設計中要根據不同的工程特性，在此基礎上加已改進，在采用生態護砌材料上進一步探索和優化，并加強工程管理和維護，收集交叉工程在運行中的有關資料，總結經驗，設計出更好的作品。

［1］江蘇省水利勘測設計研究院. SL265—2001 水閘設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［2］齊齊哈爾市水利勘測設計研究院. 黑龍江省齊齊哈爾市衛星灌區初步設計報告［S］. 齊齊哈爾: 齊齊哈爾市水利勘測設計研究院，2002.