溝道型棄渣場(chǎng)截排水設(shè)計(jì)方法

朱麟晨

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

棄渣場(chǎng)截排水能力不足易造成渣場(chǎng)浸水軟化，形成溜坍滑坡，嚴(yán)重影響下游建(構(gòu))筑物安全。因此，棄渣場(chǎng)截排水系統(tǒng)必須具有足夠的截排水能力，滿足排水、泄洪要求，以保證棄渣場(chǎng)的安全穩(wěn)定性。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)棄渣場(chǎng)排水設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些研究。李天宇[1]對(duì)防洪排導(dǎo)工程設(shè)計(jì)流量的計(jì)算方法進(jìn)行了研究，提出了關(guān)于設(shè)計(jì)流量計(jì)算方法的合理建議；劉軍軍[2]對(duì)棄渣場(chǎng)的水土保持措施進(jìn)行優(yōu)化分析；閆寶環(huán)[3]對(duì)公路棄渣場(chǎng)的排水措施進(jìn)行了研究；廖星明[4]對(duì)錦屏二級(jí)水電站薩摩溝泥石流棄渣場(chǎng)的排導(dǎo)措施進(jìn)行了研究，采用格柵式攔擋壩既可排泄洪水，又可攔截泥石流堆積物；劉國(guó)平[5]介紹了秦嶺隧洞3號(hào)勘探試驗(yàn)洞棄渣場(chǎng)的截排水工程設(shè)計(jì)方案；郭萬(wàn)林[6]結(jié)合蒙華鐵路胡家堡棄渣場(chǎng)，對(duì)山嶺區(qū)棄渣場(chǎng)邊坡、支擋、排水及綠化進(jìn)行了綜合設(shè)計(jì)；周文淵[7]提出受正常蓄水位及校核洪水位的影響，庫(kù)面型棄渣場(chǎng)、庫(kù)中型棄渣場(chǎng)、庫(kù)底型棄渣場(chǎng)的水土保持處理具有較大差異，并依據(jù)各棄渣場(chǎng)特征，從渣腳防護(hù)、坡面防護(hù)和排水布置等方面分別采取符合實(shí)際要求的措施；吳軍[8]以西藏開(kāi)投海通水泥棄渣場(chǎng)為例，給出了棄渣場(chǎng)的溝水處理方案；陳珂霖[9]以成蘭鐵路棄渣場(chǎng)建設(shè)為例，介紹了艱險(xiǎn)山區(qū)棄渣場(chǎng)的設(shè)計(jì)流程；何文輝[10]依托中葉水庫(kù)棄渣場(chǎng)，介紹了棄渣場(chǎng)的攔擋、截排水溝及超標(biāo)準(zhǔn)洪水的排泄。

但隨著鐵路建設(shè)對(duì)生態(tài)文明水土保持的愈加重視，傳統(tǒng)棄渣場(chǎng)截排水設(shè)計(jì)理念已不能滿足鐵路棄渣場(chǎng)環(huán)水保的新要求。本文結(jié)合新建敘永至畢節(jié)鐵路和成昆鐵路復(fù)線棄渣場(chǎng)的設(shè)計(jì)與施工，對(duì)棄渣場(chǎng)截排水設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析總結(jié)。

1 棄渣場(chǎng)防洪標(biāo)準(zhǔn)及排水計(jì)算方法

1.1 棄渣場(chǎng)級(jí)別及防洪標(biāo)準(zhǔn)

(1)棄渣場(chǎng)級(jí)別

根據(jù)GB 51018-2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》5.7.1規(guī)定，棄渣場(chǎng)級(jí)別應(yīng)根據(jù)堆渣量、堆渣最大高度、棄渣場(chǎng)失事后對(duì)主體工程或環(huán)境造成的危害程度進(jìn)行劃分，且渣場(chǎng)級(jí)別就高不就低，如表1所示。

(2)防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 51018-2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》5.7.3規(guī)定，排洪工程設(shè)計(jì)、校核防洪標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 棄渣場(chǎng)排洪工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表

排洪工程失事可能對(duì)周邊及下游基礎(chǔ)設(shè)施造成重大危害時(shí)，2級(jí)以下排洪工程的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)可按表2規(guī)定提高1級(jí)。

棄渣場(chǎng)臨時(shí)性攔擋工程防洪標(biāo)準(zhǔn)取3～5年一遇，當(dāng)棄渣場(chǎng)級(jí)別為3級(jí)以上時(shí)，可提高到10年一遇。棄渣場(chǎng)永久性截排水措施的排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用3～5年一遇5～10 min短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨。

1.2 棄渣場(chǎng)過(guò)水能力計(jì)算

隧道棄渣場(chǎng)截水天溝、渣頂水溝或引水洞過(guò)流能力采用明渠均勻流公式計(jì)算：

Q=AV

(1)

式中：Q——最大洪峰流量(m3/s)；

A——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2)，A=bh+mh2；

V——流速(m/s)；

R——水力半徑(m)；

i——溝道比降，取0.03；

n——溝道糙率，取0.025；

h——溝深(m)；

b——底寬(m)；

m——排水溝邊坡比。

以敘畢鐵路謝家山棄渣場(chǎng)為例，謝家山隧道進(jìn)口渣場(chǎng)設(shè)計(jì)泄洪能力為40.727 m3/s，渣場(chǎng)所在支溝30年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)下的最大洪峰流量為11.19 m3/s，渣場(chǎng)設(shè)計(jì)滿足溝道泄洪要求。

1.3 棄渣場(chǎng)長(zhǎng)擋護(hù)工程水位標(biāo)高核算

根據(jù)渣場(chǎng)實(shí)測(cè)地形圖，謝家山隧道棄渣場(chǎng)所在位置主溝與支溝匯口的處溝道橫斷面如圖1所示。

圖1 謝家山隧道棄渣場(chǎng)匯口橫斷面圖

利用水力學(xué)公式對(duì)該斷面水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中：Q1——計(jì)算流量(m3/s)；

n——糙率，參照《天然河道糙率表》取0.035；

A——面積(m2)；

R——水力半徑(m)；

i——比降，以小數(shù)計(jì)。斷面附近溝道平均比降為0.05。

謝家山隧道棄渣場(chǎng)所在位置主溝與支溝匯口處溝道橫斷面水位流量關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 謝家山隧道棄渣場(chǎng)匯口斷面水位流量關(guān)系圖

由圖2可知，在30年一遇洪水條件下，斷面處洪峰流量合計(jì)為39.26 m3/s，對(duì)應(yīng)水位高程為419.84 m。謝家山隧道棄渣場(chǎng)擋渣壩設(shè)計(jì)壩頂高程為420～428 m，均高于30年一遇洪水位。

2 截排水設(shè)計(jì)方法

2.1 渣頂水溝+截水天溝設(shè)計(jì)方法

渣頂水溝+截水天溝截排水設(shè)計(jì)方法適用于溝道型匯水流量較大的渣場(chǎng)，設(shè)計(jì)核心是根據(jù)棄渣場(chǎng)匯水流量大小，在渣場(chǎng)頂部設(shè)置渣頂水溝以截排主溝流水，在渣場(chǎng)邊緣自然坡體上設(shè)截水天溝以截排坡面及主溝剩余流水。截水天溝基礎(chǔ)置于天然地基上，截水天溝材料一般采用漿砌片石或混凝土。排水設(shè)計(jì)平面如圖3所示，橫斷面如圖4所示。棄渣前必須完成攔渣壩、下游自然溝的清理鋪砌和排水溝、碴底盲溝等的修建。

圖3 渣頂水溝+截水天溝排水設(shè)計(jì)平面示意圖

圖4 渣頂水溝+截水天溝排水設(shè)計(jì)橫斷面圖

隧道棄渣為軟硬不均的松散堆積體，物理力學(xué)參數(shù)較低弱，渣頂水溝置于棄渣頂部易產(chǎn)生勻沉降及沖刷破壞，以至于達(dá)不到使用年限就已失效，若遇到雨季棄渣場(chǎng)沖溝流量大的情況，易對(duì)棄渣場(chǎng)造成毀滅性的破壞，因此，施工應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求對(duì)棄渣進(jìn)行碾壓夯實(shí)。

2.2 雙截水溝設(shè)計(jì)方法

雙截水溝截排水設(shè)計(jì)方法適用于溝道型匯水流量較大的渣場(chǎng)，設(shè)計(jì)核心是在渣場(chǎng)頂部溝道中心設(shè)置匯水井，匯集沖溝內(nèi)流水，再根據(jù)水位高度排向兩側(cè)截排水溝。在流量不大的情況下，由低位排水溝排至下游；大量較大的情況下，由低位排水溝及高位截水溝排至下游。在棄渣擋護(hù)下游設(shè)置集水槽，高位截水溝末端接至集水槽，消減水勢(shì)能，集水槽另一端接自然溝。低位排水溝下游設(shè)置消能池，排水溝末端接至消能池，消減邊溝水勢(shì)能。排水設(shè)計(jì)平面如圖5所示，橫斷面如圖6所示。

莎格對(duì)父權(quán)制社會(huì)男人對(duì)黑人女性虐待的反抗還體現(xiàn)在她對(duì)西麗的幫助。西麗白天像奴隸一樣伺候某某先生和他的孩子們，晚上充當(dāng)某某先生的泄欲工具。稍有不慎就遭到某某先生的拳打腳踢、諷刺侮辱。作為西麗的“情敵”，莎格沒(méi)有幫助某某先生對(duì)付西麗而是與西麗交朋友，她讓西麗意識(shí)到自己身體的美，同時(shí)也讓她體會(huì)到性愛(ài)帶來(lái)的快樂(lè)。在她的影響下，西麗離開(kāi)某某先生的家，創(chuàng)辦褲子縫紉店，成為一名獨(dú)立、自信的黑人女性！

圖5 雙截水溝截排水設(shè)計(jì)方法平面示意圖

圖6 雙截水溝截排水設(shè)計(jì)方法橫斷面示意圖

該排水設(shè)計(jì)方法中，低位排水溝及高位截水溝均位于穩(wěn)定的自然地基，避免了棄渣不均勻沉降對(duì)水溝的破壞，從而降低了地表水對(duì)棄渣體的沖刷，保證了截排水系統(tǒng)的長(zhǎng)期有效。設(shè)計(jì)方法已申報(bào)專利、現(xiàn)場(chǎng)排水效果有待實(shí)施工程檢驗(yàn)。

2.3 引水洞+兩側(cè)天溝設(shè)計(jì)方法

引水洞+兩側(cè)天溝截排水設(shè)計(jì)方法適用于占常流水的大型溝道型渣場(chǎng)，設(shè)計(jì)核心是根據(jù)占溝流量大小，設(shè)置滿足排水能力的引水洞，先將主溝常流水通過(guò)引水洞排至棄渣場(chǎng)下游，降低主溝常流水對(duì)棄渣場(chǎng)的沖刷風(fēng)險(xiǎn)，再在棄渣場(chǎng)兩側(cè)設(shè)置截水天溝，截排自然坡面匯水，達(dá)到較好的排水效果，排水設(shè)計(jì)平面如圖7所示，橫斷面如圖8所示。

圖7 引水洞+兩側(cè)天溝排水系統(tǒng)平面示意圖

圖8 引水洞+兩側(cè)天溝排水系統(tǒng)典型橫斷面示意圖(m)

該排水設(shè)計(jì)方法在處理大主溝匯水棄渣場(chǎng)排水方面效果顯著，尤其適用于選址困難，需占用常流水主溝的棄渣場(chǎng)。

3 結(jié)論

本文依托鐵路隧道棄渣場(chǎng)工程，通過(guò)對(duì)棄渣場(chǎng)截排水方法的探討分析，得出以下主要結(jié)論：

(1)根據(jù)溝道型棄渣場(chǎng)的特點(diǎn)及溝道匯水流量的大小，提出了渣頂水溝+截水天溝、雙截水溝和引水洞+兩側(cè)天溝3種棄渣場(chǎng)截排水設(shè)計(jì)方法。

(2)渣頂水溝+截排水天溝和雙截排水溝截排水設(shè)計(jì)方法適用于溝道型匯水流量較大的渣場(chǎng)，工程投資適中，施工工期較短，質(zhì)量控制容易，排水效果較好。引水洞+兩側(cè)天溝截排水設(shè)計(jì)方法適用于占常流水的大型溝道型渣場(chǎng)，工程投資較高，施工工期較長(zhǎng)，但排水效果良好。