景電二期延伸向民勤調水工程輸水建筑物型式比選

謝世良

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 前言

甘肅省武威市景電（景泰川電力提水）二期延伸向民勤調水工程主要任務是確保石羊河蔡旗斷面實現年調水水量近期2010年年調水0.49億m3，遠期2020年不小于0.79億m3的目標，以增加石羊河尾閭青土湖的生態補水量，改善區域生態環境。工程建設主要內容是將景電二期向民勤調水渠下段河道整治工程調整為民勤調水渠道延伸工程，自建成通水運行的民調工程末端新建長24.57 km渠道，將民調水量輸送至蔡旗水文站上游匯入石羊河，同時考慮利用民調延伸工程加大調水3000萬m3至石羊河蔡旗斷面，以最大程度發揮工程效益。

工程輸水渠線主要位于洪水河右岸武威盆地沖洪積平原及沙漠戈壁上，工程區地理環境特殊，地形落差較大，縱坡較陡。本文根據輸水渠線穿越的地形、地貌、地理與地質環境條件，以及工程技術特性，對主體建筑物輸水方式及其結構型式，通過綜合技術經濟的分析比選。

1 輸水方式選擇

輸水渠線基本按垂直等高線下行布置，地形落差較大，渠道縱坡較陡，輸水水頭富余，具備采用自流重力方式輸水的良好技術條件，可選擇采用無壓明流輸水及有壓管流輸水兩種輸水方式。無壓明流輸水方式主體建筑物主要為明渠、暗渠及管道，有壓輸水方式主要采用管道。輸水渠（管）線下游段兩種輸水方式工程量相差不大，工程投資主要取決于渠（管）輸水斷面尺寸及其材質。

渠道全線分段加大輸水流量2.57 m3/s～6.3 m3/s不等，變幅較大，最大變幅絕對量為3.73 m3/s，渠（管）道斷面以最大輸水流量控制。

無壓明流輸水暗渠可選用鋼筋混凝土箱涵，以及普通鋼筋混凝土管及玻璃鋼夾砂管兩種管型。有壓輸水管道可選用預應力鋼筋混凝土管及玻璃鋼夾砂管兩種管型。由于渠線縱坡較大，采用有壓輸水方式時，輸水管徑略小于無壓明流輸水管徑，且因對管材要求較高，因此，相應投資較高；采用無壓明流輸水時，玻璃鋼夾砂管較高，鋼筋混凝土箱涵及普通鋼筋混凝土管道投資較低，若采用明渠輸水，則投資可進一步降低。

有壓輸水方式管徑按照滿足最大流量過流，綜合考慮總水頭損失及經濟流速等因素設計，在小流量輸水時，為避免管道出現明滿流交替的不良流態，保證管道內形成穩定壓力流，沿途需分段設置水流調控設施，增加工程投資的同時，也給工程運行管理帶來不便。

依據渠線輸水流量、水頭、縱坡等工程技術特性，無壓明流輸水方式渠道在不同流量下均為自由水面，僅渠內水深及流速不同，對渠道運行及其管理影響程度相對較小。綜上，景電二期延伸向民勤調水工程渠道全線采用無壓明流輸水方式。

2 輸水建筑物型式選擇

景電二期延伸向民勤調水工程輸水渠全線采用無壓明流輸水方式，輸水渠線后段占地類型基本為農田耕地，采用梯形明渠時，渠道口寬較大，永久占地相應較多。本著盡可能減少占用耕地，減輕對土地現狀影響的原則，輸水渠道斷面應采用暗渠及矩型明渠兩種型式。暗渠輸水型式主要有現澆鋼筋混凝土箱涵及各類管道，依據設計縱坡與輸水流量，考慮無壓明流輸水管道內凈空高度與凈空面積的限制要求，經分析計算，管徑應不小于2.0 m。

經對目前國內應用相對較為廣泛的各類材質管道進行比對篩選，考慮投資低、適用性強、管理方便，以及施工簡單快捷等因素，適宜的管道類型主要有普通鋼筋混凝土管、高密聚乙烯螺旋管（HDPE管）、玻璃鋼夾砂管（FRPM管），以及預應力鋼筒混凝土管（PCCP管）。

玻璃鋼夾砂管（FRPM管）及預應力鋼筒混凝土管（PCCP管）由于口徑較大，造價較高，經濟性較差，不宜采用；高密聚乙烯螺旋管（HDPE管）難以適應沙漠戈壁環境，且施工要求嚴格，管護維修不方便，因此，也不予考慮。重點對現澆鋼筋混凝土箱涵及普通鋼筋混凝土管進行比選。

2.1 現澆鋼筋混凝土箱涵

現澆鋼筋混凝土箱涵為最常用的輸水建筑物結構型式之一，應用廣泛，結構可靠，已有大量成功的設計、施工及運行經驗，實際運行檢驗效果較好，可廣泛適應多種地形、地貌及地基工程地質條件，且渠身結構相對簡單，渠道分段長度可達10.0 m～15.0 m，總體分段接縫少，可全面有效控制減少渠道滲漏，同時，具備全線分段同時施工的條件，對工期安排影響小。

2.2 普通鋼筋混凝土管

普通鋼筋混凝土管抗內外壓強度較高，使用壽命長，管道接口采用柔性橡膠圈密封止水，具有施工方便、造價低、抗震能力較強、不易結垢、耐腐蝕等技術特點，但口徑較大時，施工運輸及安裝難度加大。因其接口處材料剛性及強度較為脆弱，易出現脫節及開裂，且直徑大于2.0 m的管節長度一般僅為2.0 m，造成管道接口較多，不利于防滲。

2.3 綜合分析比選

兩種輸水結構型式均投資相對較低，且都具有明顯的優缺點，故重點考慮防滲要求，普通鋼筋混凝土管易出現脫節及開裂，且管道接口眾多，不利于防滲，而現澆鋼筋混凝土箱涵單跨長度較長，接縫相對較少，且接縫處可做到可靠止水，防滲效果好，并運行可靠性方面明顯優于普通鋼筋混凝土管。現澆鋼筋混凝土箱涵及普通鋼筋混凝土管主體建筑工程投資情況見表1。工程投資方面，現澆鋼筋混凝土箱涵技術方案具有明顯的經濟性。

表1 工程投資比較

現澆鋼筋混凝土箱涵暗渠衛生防護條件較好，輸水水質受外界環境污水及污物等污染影響甚微，密閉環境輸水水量不產生蒸發損失，且不受非法截流影響，對自然條件、地形、地物、穿越障礙物，以及地理環境條件的適應性強，限制少。箱涵暗渠占地相對較少，輸水線路所經之處破壞少，易恢復，對原有自然生態影響相對較輕。工程運行期箱涵暗渠維護工作量少，管理方便。箱涵暗渠渠頂回填一定深度后仍可作為農田耕種，可有效減少工程占地及保持現有地塊的完整性，最大限度減輕對現狀灌區自然條件的改變。明渠輸水在沙漠戈壁環境中，水量蒸發損耗大，且存在人為非法截流可能性，衛生防護條件差，易受外界環境影響，水質污染難以避免。明渠永久性占地相對多，對原有自然環境影響相對較嚴重，工程運行期維護管理工作量相對較大。景電二期延伸向民勤調水工程輸水渠下游渠段穿越村莊或距村莊較近，輸水受人為等外界環境影響較重，確保水質不受污染及防止非法截流，是工程設計的重要考慮因素。

經技術經濟綜合分析比較，景電二期延伸向民勤調水工程輸水渠全線采用無壓明流現澆鋼筋混凝土箱涵輸水結構型式，典型現澆鋼筋混凝土箱涵橫剖面見圖1所示。箱涵現澆鋼筋混凝土設計強度C25F150W6，一般地段夯填厚300.0 mm砂礫石換基處理，遇濕陷性土層且厚度大于300.0 mm地基時，將濕陷性土層全部清除，采用含土量小于8.0‰的風積砂換填，然后在其上填筑砂礫石至設計建基面，渠堤兩側邊坡采用草方格護坡。

圖1 典型現澆鋼筋混凝土箱涵橫剖面（尺寸單位:mm）

3 結語

經比選，確定全線采用無壓明流輸水方式，現澆鋼筋混凝土箱涵輸水結構型式。實踐表明，現澆鋼筋混凝土箱涵暗渠運行良好、管理及維護方便，確保水質安全，最大限度降低了水量蒸發及滲漏損失，杜絕了非法截流，對特殊地理環境適應性強，渠道沿線工程建設開挖現已覆土恢復農田耕作，最大限度減輕了對原灌區的影響。鋼筋混凝土箱涵的使用，使輸水保證率達到95.0%以上，實現了設計目標，對于鞏固提升石羊河流域治理成果，恢復和改善流域生態環境。可為類似地理環境及生態保護區水利工程輸水建筑物選型提供良好借鑒。