丹鳳縣竹林關灌區原輸水渠道改造方案比選淺析

董紅香

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 工程概況

竹林關灌區位于丹鳳縣竹林關境內，是以丹江支流石槽溝水源為主的自流引水灌區，主要灌溉竹林關鎮生態園6500畝農田，設計引水流量0.7m3/s，灌區農作物主要以玉米和小麥為主。渠首樞紐工程位于石槽溝口上游約3km處，截滲壩低壩引水。渠首引水閘后連接灌區輸水渠道，全長11.15km，其中：閘后3.7km（樁號0+000～3+700）渠道為漿砌石輸水渠道，渠道斷面0.8m×0.8m，渠道比降1/1000，后半段7.45km（樁號3+700～11+150）的新華渠已完全失去輸水功能。輸水渠道工程是竹林關灌區的主要工程，經過多年運行后，急需對輸水渠道進行改造。

2 存在問題

由于近幾年連續降雨，輸水渠道0+000～3+700段損毀嚴重，如果仍然采用渠道方案，則必須削坡清除滑坡體，修建擋土墻消除隱患，穩固渠基，這樣將極大地增加工程量；而且清理外運土方巨大，沒有堆棄地點，土石和建筑材料運輸條件極差，修建高邊坡擋土墻過程中也存在一定的安全問題。加之渠道多修建在半山腰，地質條件差、滑坡地段較多，滑塌、崩塌可能破壞堵塞渠道。由于大部分渠道是在老渠道上加高，接縫的結合技術要求嚴格，長期運行中存在滲漏問題。石槽溝內部分渠段滑坡體下方居住了多戶群眾，如果渠道滲漏進而誘發滑坡，則可能成為極大的安全隱患。因此，輸水渠道已無法采用原線路渠道方案進行改造。

3 設計方案

根據現狀輸水渠道存在的問題，組織地質和測量人員對丹鳳縣竹林關輸水渠道進行仔細踏勘測量，結合灌區工程現狀，經過討論和對比，提出以下幾種方案，分述如下。

3.1 原渠道改隧洞方案

將石槽溝引水樞紐到刺溝舊渠道段3.7km（樁號0+000～3+700）渠道改造工程和7.45km（樁號3+700～11+150）渠道方案改為隧洞方案，隧洞從石槽溝引水樞紐直線穿過山體到達刺溝右岸（即水廠對岸）與原輸水渠道末端1.29km新建渠道相接，以后渠段及建筑物仍采用原設計方案，命為1#隧洞，全長2922m。因王塬、張塬等村的農田也需石槽溝水源進行灌溉，故在距離引水樞紐2km處新建2#隧洞至石槽溝溝口100m3高位水池，然后從水池接DN200鋼管輸水至張塬等村，保證其灌溉，全長728m。

根據地質條件，隧洞斷面形式可選圓形、馬蹄形、城門洞形。不同斷面開挖量及襯砌量對比，相差不大，城門洞型從方便施工開挖和出渣運輸以及加快施工進度考慮，比圓形和馬蹄形更為有利，因此，隧洞采用城門洞形斷面。兩隧洞斷面尺寸相同，總長為3650m，斷面為2.0m×1.8m，直墻長為1.3m，矢跨比4:1，襯砌厚度為20cm。其中1#隧洞長為2922m，比降為1∶220。2#隧洞長為728m，比降為1:290，其起點高程為879.8m，至水池高程為877.3m，滿足輸水條件。

綜上，可用1#隧洞（2922m）代替原來3.7km渠道改造工程（溝內引水樞紐至石槽溝溝口）和7.45km的新建任務（石槽溝溝口至刺溝渠段）。其流程圖如圖1。

隧洞方案的優點是：①工程長度短；②輔助建筑物少，工程布設簡單；③永久性好。

隧洞方案的缺點：①工程區域內地形地質條件復雜，地勢險惡，隧洞開挖爆破過程中存在很大的安全隱患。②隧洞開挖斷面有限，洞線又比較長，施工過程中碎石外運、混凝土運輸等困難。③施工難度大，工期長，費工費時，很難滿足工期要求。

3.2 原渠道改管道方案

采用4.672km壓力管道輸水，替代原來3.7km渠道改造工程（溝內引水樞紐至石槽溝溝口）和7.45km的新建任務（石槽溝溝口至刺溝渠段），將石槽溝地表水引至刺溝右岸，與原1.29km設計渠道相接，剩余渠道及建筑物仍采用原設計方案。

管線鋪設：管線基本沿石槽溝道路鋪設，經銀花河河床將管線引至刺溝，在刺溝右岸（即水廠對面）設100m3蓄水池與原設計渠道相接。因張塬等村需要引水灌溉，故在石槽溝與銀花河交接處設三通，通過鋼管輸水保證張塬等村灌溉。

輸水管線路全長4.672km，管道鋪設場地狹長，地勢起伏，設計中充分考慮以上各種因素和安全供水、工程造價以及工程施工的需要，輸水管管材綜合比較了鋼管(SP)、球墨鑄鐵管(DIP)、預應力鋼筋砼管(PCP)、聚乙烯塑料管(PE)等4種管材，輸水管道不同管材性能比較見表1。

圖1 原渠道改隧洞流程圖

表1 輸水管道不同管材性能比較表

表2 方案技術經濟比較

預應力鋼筋混凝土管有良好的抗震性，對管道基礎的適應性較強，內壁光滑，水力特性好，同時具有價格低，施工方便的優點。

另外，考慮到PE管雖價格相對較高，但在抗壓、抗震、耐沖擊、加工使用方便、使用壽命長、水流阻力小以及安全性能等方面有一定優勢，故將其納入備選方案。綜上，因管材不同，有兩種管道方案，分別介紹如下。

3.2.1 預應力鋼筋混凝土管與PE管結合

從石槽溝引水樞紐至刺溝右岸渠底均采用預應力鋼筋混凝土管，長為4443.4m，剩余段（即刺溝右岸坡塬段）采用PE管，長為228.7m。因張塬等村的農田需引水灌溉，故在石槽溝與銀花河交界處設三通，通過鋼管輸水至張塬等村，保證其灌溉。

輸水管水力計算按《灌溉與排水工程設計規范》6.3.2.1公式:hf=f.L計算。經計算，預應力混凝土管道選擇φ800mm，總長為4443m，其中，公稱壓力0.4MPa長931m，0.6MPa長512m，0.8MPa為603m，1.0MPa長為630m，1.2MPa長1768m。PE管選擇DN630mm，壁厚30mm，公稱壓力0.8MPa，總長為229m。

根據工程需求，管線上布置2個排氣閥，1個分水閘，3個檢修閥，2個泄水閥。為檢修方便，管線每隔100m及閘閥處均需設置伸縮節。

預應力鋼筋混凝土管與PE管結合方案優點：①方案施工過程中，安全性較高；②造價相對較低；③施工簡便。

預應力鋼筋混凝土管與PE管結合方案缺點：①管線較長，管件多；②預應力混凝土管質量大，增加施工運輸難度；③管線在河床上鋪設，防洪要求高。

3.2.2 PE管方案

此方案除管道管材均選用PE管外，管線布置及建筑物和方案A中完全一致。

輸水管水力計算按《灌溉與排水工程設計規范》6.3.2.1公式：hf=f.L計算。經計算，選擇φ710mmPE管，總長為4.673km。其中公稱壓力0.6MPa長為1443m，0.8MPa長為832m，1.0MPa長為630m，1.25MPa長 為1768m。

PE管方案優點：①PE管安裝連接方便，安全可靠；②PE管耐腐蝕，耐老化，使用壽命長。缺點：造價較高。

3.3 方案技術經濟比較

以上幾種方案，技術上均可行。現對幾種方案從工程投資，優、缺點，主要工程量等方面比較，具體見表2。

經過比較，本次工程采用預應力混凝土管和PE管結合方案。

4 建議與結論

4.1 建議

該項目投資量大，按照項目實施需要，在充分利用好中央和省級專項資金的同時，應多方籌措落實配套資金，鼓勵和調動項目區群眾投資投勞的積極性，為項目實施創造更加有利的條件。

4.2 結論

丹鳳縣竹林關灌區原輸水渠道改造方案在技術上可行，經濟上合理，布局合理，建成后經濟效益較高，并有較好的社會效益。能夠為農業增產、當地國民經濟的快速發展奠定良好的基礎，是項造福灌區人民群眾的費省效宏的工程，應盡快組織實施。