南水北調中線工程潁河渠道倒虹吸導流設計

□郝玉鵬 □聶義波 □張明恩（河南省水利勘測設計研究有限公司）

0 引言

潁河為南水北調河南段交叉河流中為數不多的幾條大河之一，設計導流流量119m3/s，窄深式河道。河床底部為透水性極強的卵石層，并且存在承壓水。設計中比選了多種導流和排水方案，本文中為對比分析后的最終方案。實施過程中導流工程嚴格按設計施工，目前南水北調禹州和長葛段已順利通水。本文主要介紹潁河倒虹吸的施工設計及根據實施過程中遇到的問題對施工設計的反思。

1 工程條件

1.1 概況

潁河渠道倒虹吸為南水北調中線一期工程禹州和長葛段總干渠與潁河交叉建筑物，位于河南省禹州市西北約3km處，建筑物全長452m。潁河渠道倒虹吸為決定禹州和長葛段工期的關鍵工程，而導流工程又決定了潁河渠道倒虹吸工程能否如期施工完成。

1.2 地形地貌

潁河為一常年有水河流，自北西向南東流經本區，河谷呈“U”形，深切達13m左右。河床寬度80～110m，兩岸高出河床7～13m，水量受上游白沙水庫和紙坊水庫控制。

1.3 氣象水文

潁河所在地區屬溫帶季風氣候區，施工期流量水位關系見表1。

表1 河道施工洪水（非汛期10-5月）成果表

1.4 地質

場區地層主要有上第三系中新統洛陽組軟巖和第四系松散物構成，與導流設計密切相關的地層為②alQ24卵石、③alQ14重粉質壤土、④alplQ3黃土狀中粉質壤土、⑤alplQ3黃土狀重粉質壤土、⑥N1L泥礫巖、⑦N1L礫巖、⑧N1L粘土巖、⑨N1L砂巖、⑩N1L礫巖。

地下水為第四系松散土類孔隙潛水、上第三系碎屑巖類孔隙、裂隙水潛水和承壓水。第四系松散土類孔隙潛水主要賦存于河床卵石層（Q14）中，該含水層厚2.00～7.55m。上第三系碎屑巖類孔隙、裂隙潛水主要賦存于上第三系上層礫巖含水層中，該層厚2.50～7.00m，潛水位113.00～114.05m，埋深7～12m。上第三系碎屑巖類承壓水主要賦存于上第三系砂巖中，該層厚8.20～25.65m，水位高程113.40～114.18m，較潛水位高0.10m左右。

2 施工導流

2.1 導流標準

潁河渠道倒虹吸工程為1級建筑物。按《水利水電工程施工組織設計規范》（SL303-2004）中的導流建筑物級別劃分表，圍堰保護對象為1級永久建筑物時，導流建筑物為4級，對應的導流標準為10-20a一遇洪水，為降低導流工程投資，采用10a一遇洪水。

潁河下游靠近禹州市設有橡膠壩一座，擔負著禹州市生活和工業供水，施工期間考慮橡膠壩的回水影響。本工程導流時段為枯水期10-5月，導流設計流量Q=119m3/s，建筑物軸線交叉斷面相應水位為115.78m。

2.2 導流方案

根據水文、地形及建筑物特性，采用土石圍堰保護渠道倒虹吸施工，明渠導流，導流時段為枯水期10-5月。

一期在右岸開挖導流明渠，并在倒虹吸上、下游填筑全斷面斷流圍堰，施工河槽段7～22節管身及河道整治工程，第二年汛前拆除圍堰，恢復原河床，并填筑除二期工程需要開挖的部分之外的導流明渠，汛期施工進口段。然后施工管身1～6節及退水閘段，右岸施工完后將工地轉移至左岸，施工管身23～28節及出口段。

退水閘施工采用U型圍堰封堵出口。

2.3 導流建筑物設計

根據渠倒虹的特點，圍堰布置在管身段上下游開挖邊界線外約15m。上下游擋水圍堰按非汛期10a一遇的標準設計。導流明渠渠底位于管身2～3節之間，管身2～3節基面高程為112～108m，導流明渠渠底高程114m，開挖導流明渠不會破壞工程。導流明渠下游結合了退水閘的位置，節省了導流明渠開挖量，減少了導流工程投資。

2.4 施工排水

根據水文地質條件，本區地下水主要為第四系松散層孔隙潛水、上第三系孔隙裂隙潛水和上第三系孔隙裂隙承壓水，施工時排水任務較大。一是潛水：潁河常年有水，地下水位高程112.87～113.25m。河床內為卵石層，層厚2.00～7.55m，滲透系數5.8×10-1cm/s，其下為隔水層粘土巖。為確保工程順利實施，需要進行基坑防滲，通過方案比較采用高噴灌漿。二是承壓水：承壓水主要賦存于上第三系砂巖中，倒虹管身段建基面高程96.70m，大部分座落在該層上，該層滲透系數為4.15×10-3cm/s，承壓水位高程113.40～114.18m。為確保工程順利實施，在基坑開挖前采用深井抽排法降低承壓水的壓力，使承壓水位降至96.70m高程以下時，方可開挖砂礫巖層。

3 對潁河導流設計的反思

由于潁河河槽是窄深型，如為減少上游河道壅高，導流明渠勢必要開挖很深，導流明渠開挖及回填的工程量非常大，經計算此方案導流部分投資達上千萬。最終選擇的抬高導流明渠方案雖然大大減少了導流部分投資，然而上游水位卻相應抬高，實際施工過程中上游淹沒賠償費用也有較大增加。因此對于窄深型河槽的施工導流不僅要考慮工程投資，還須結合占地征遷的影響使得導流方案最佳。