基于深圳市坪山河調蓄池工程導流方案的優化研究

張義周，馬永志

（中建生態環境集團有限公司,北京 100037）

1 前言

錦龍調蓄池位于深圳市坪山河K10+500 m~K10+600 m里程處,由于周邊用地條件有限,同時錦龍大道北側的混流箱涵出水口標高35.07 m,設計河底標高35 m。在錦龍大道上游50 m處河道內設計一尺寸為100 m×50 m×4.5 m,調蓄容積20000 m3,橫跨坪山河兩岸。為保證正常施工,需將河水導流,原設計方案為分幅導流,優化調整導流明渠整體施工,擬在調蓄池右岸修建導流明渠引流。導流明渠按雨季設計,設計標準：五年一遇。設計渠底寬度10m,標高35.5 m~35.0 m。近河側采用雙層12 m拉森Ⅴ型鋼板樁做圍堰,凈寬2 m,入土深度最大8 m,最小7.5 m。上層采取鋼筋對拉,內填袋裝土；導流明渠施工區域原地面標高41.0 m,按照設計要求,對土方進行放坡開挖,坡比為1∶2,坡面采用短土釘掛網噴射混凝土進行支護。擬修建兩條橫跨導流明渠施工便道,寬度均為6 m,便道下均采用5根DN1500 鋼筋混凝土管引流[1]。

2 方案比選

2.1 方案1

分兩期導流施工,一期施工河道右岸基坑支護內容及右岸調蓄池,池頂導流墻、右岸結合井地下泵房部分；二期施工左岸基坑支護內容及左岸調蓄池、結合井地下泵房部分（見圖1~圖4）。

圖1 方案1一期導流平面布置圖

圖4 方案1二期導流剖面圖

圖2 方案1一期導流剖面圖

圖3 方案1二期導流平面布置圖

2.2 方案2

如圖4所示,采用導流明渠整體施工,利用現狀右岸空置地塊開挖導流明渠進行導流,一次整體施工[2]。

圖5 方案2導流明渠整體施工平面圖

2.3 分析導流明渠過流能力及防洪度汛核算

由于方案1 導流行洪能力較好,滿足相關規范要求,不再進行論述,僅對方案2 進行詳細闡述。

根據《防洪標準》《堤防設計規范》[3-5],錦龍調蓄池導流明渠的洪水標準是5 年一遇,汛期也可以施工,但超過設計導流標準時,基坑存在被淹沒風險。在汛期之前（4 月15日）需做好防洪物資準備,應急搶險預案和其他度汛防護工作。

2.3.1 過流方式和過流能力核算

（1）導流管過流

前期目前設計為埋設5根DN1200 截污管,其過流能力為,出口無水,可根據非淹沒壓力流涵洞公式計算：

除出口損失系數以外的局部水頭損失系數之和：

式中：ε1為進口損失系數,取0.2；ε2為攔污柵損失系數,無攔污柵,取0；ε3為閘門槽損失系數,取0；ε5為進口漸變段損失系數,取0.2；ε6為出口漸變損失系數,根據布置型式按下表查取,八字翼墻取0.5。

謝才系數：

式中：水力半徑R=A/χ,A為過流面積,χ濕周；n為糙率,砼管,取0.015；L為涵洞長度,6 m；I為管道縱坡,0；β2為修正系數,本次計算取0.85；D為涵洞高度,高1.8 m；

H0為包括行近流速在內的進口水深38.62（5 年一遇水位）,河底高34.62深4.0 m,水流流速約為2 m/s（5年一遇洪峰流量245 m3/s,上游河道過流斷面約120 m2）,本次僅考慮進口水深4 m（樁號10+250）。

綜上,如表1所示,將上述數據代入各參數計算：

表1 漸變段水頭損失系數表

對應水力半徑：R=0.38

對應謝才系數：C=0.38（1/6）/0.015=56.63

代入求得流量系數為：

5根管道總過流能力為：Q=47.6m3/s＜245 m3/s,不滿足要求。

（2）導流明渠過流

5年一遇洪水下,導流明渠流能力復核

（3）洪水位達圍堰頂高程時過流能力復核

圍堰頂高程為39.5 m,在基坑內不進水前提下,最大過流能力為：

經計算Q=308.89 m3/s。

根據初步設計報告,10 年一遇洪水流量錦龍調蓄池上游洪峰流量約306 m3/s,滿足洪峰流量要求,但洪水存在風浪爬高和自然壅高,部分圍堰處將會出現漫溢現象。

2.3.2 防洪應對措施

（1）通過上述計算,5根導流管不滿足汛期5年一遇洪水過流要求,但是汛期前出現洪水概率較小和工程建設需要,需要設置臨時導流管。為工程順利度汛,一方面加快工程建設,提前拆除導流管；另外時刻關注天氣變化,若遇暴雨天氣,提前拆除導流管臨時道路,屆時再無防洪度汛風險[6]。

（2）經核算,導流渠道過流能力達到10年一遇洪峰流量要求,過流斷面基本能夠滿足要求,不會使得河道上游壅水。

（3）在遇到超過10年一遇洪水標準下,基坑將會淹沒,洪水漫溢基坑。因此工程需做好橙色以上暴雨應急預案。根據雨情預警,做好應對措施,力爭將風險、損失降到最低。

（4）建議盡快完成調蓄池側壁回填以及配套左右岸結合井施工,拆除導流圍堰,恢復河道行洪,再無防洪度汛安全。

2.4 方案實施對比

2.4.1 簡化施工工序,降低安全風險（1）方案2減少一次基坑開挖,同步減少一次內支撐施工；（2）方案2無需分幅導流施工,減少土河道中部圍堰和鋼筋砼擋水墻的施工與拆除；

（3）方案2有效規避汛期施工,消除雨季河水漫堤安全隱患及河道行洪阻礙。

2.4.2 節約工期和成本

（1）方案1分幅施工,施工工期至少10個月,方案2在汛期前就施工完成,僅用5個月,節約工期150天。

（2）方案2減少了施工措施,節約成本。

2.4.3 施工質量控制

（1）方案1一期建設右岸調蓄池,二期建設左岸調蓄池,將導致調蓄池中部預留施工縫,后期施工縫處理難度大,容易造成池體滲漏；方案2一次澆筑到位,可有效避免留設施工縫,確保工程質量。

（2）方案2一次導流,可保證池體結構在汛期來臨前施工完成,減少雨季對施工質量的影響。

3 結語

綜合以上分析研究對比可知,方案2優于方案1。方案2更有利于工程建設,提高工程品質及工程安全度汛等,最終選擇方案2進行調蓄池整體建設。優化后導流方案可給同行業河道綜合整治提供借鑒,值得推廣研究。