冊亨水庫輸水工程設計研究

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1工程概況

冊亨水庫工程位于貴州省黔西南州冊亨縣城上游約9km的者樓河中游河段,由水庫樞紐、輸水管道等組成,工程的開發任務是以城鎮供水、農業灌溉為主,兼顧農村人畜飲水等綜合利用。水庫最大壩高75.7m,壩址多年平均流量1.43m3/s,水庫校核洪水位為738.31m,總庫容為1819萬m3,正常蓄水位為736.0m,興利庫容為1431.4萬m3,為多年調節水庫。設計灌溉面積3.7685萬畝,其中,水田2.0725萬畝,旱地1.696萬畝；設計供水人口8.31萬人,其中,城鎮人口5.8萬人,農村人口2.51萬人；設計年供水量（灌溉需水、城鄉供水、人畜飲水）1864萬m3,總干管管首最大引用流量為3.1578m3/s。

2輸水工程

2.1輸水線路選擇

工程灌區及城鄉供水點位于冊亨縣者樓鎮和巖架鎮,為狹長地帶,沿著樓河兩岸分布,輸水線路選擇研究了高線與低線方案,低線方案輸水管道沿者樓河布線,線路略短,但管道承受設計水頭大幅增加,對管材性能要求很高,管材價格相應也高,且高壓運行管道風險增加,因此采用低壓運行的高線方案,左干管、縣城干管、左支管、右支管線路選擇均沿者樓河兩岸的灌區頂部邊緣布置,線路布置思路明確,管線長度合理,縱坡可滿足自流灌溉,總體輸水線路方案基本確定,且具有唯一性,不再進行方案比較。總干管輸水線路走線布置初步考慮三個方案,方案一為左岸方案,方案二為右岸方案,方案三為兩岸單獨走線,設兩個取水口,取消總干管段。方案三左右岸管線路互不影響,單獨走線,減少分水建筑物,但此方案管線長,需增設一條引水隧洞及相應金屬結構工程量,工程投資相對較高,因此方案三不作為選線方案。（1）左岸方案引水放空隧洞布置在左岸,總干管接引水放空隧洞后順著者樓河左岸向下,穿過河邊組,至壩稿橋下游約440m,設分水口后分為左干管和縣城干管。左岸方案引水放空隧洞長363.63m,總干管長1625m。引水放空隧洞加總干管工程投資為1288.67萬元。（2）右岸方案引水放空隧洞布置在右岸,總干管接引水放空隧洞后順著者樓河右岸向下,穿過河邊組,至壩稿橋下游約380m,設分水口后分為左干管和縣城干管。右岸方案引水放空隧洞長428.77m,總干管長1122m。引水放空隧洞加總干管工程投資為1102.39萬元。左、右岸兩種方案線路所在的地形地質條件基本相同,設分水口后均需通過跨者樓河倒虹管分水到對岸。工程投資方案一比方案二少186.28萬元。因此選方案二即右岸方案為總干管推薦走線。

2.2輸水方案確定

輸水方案的比選在渠道輸水和管道輸水之間進行,輸水方式均采用自流式。渠道輸水的優點在于施工技術要求相對簡單,建筑材料單價較便宜,破損后容易修復,缺點在于輸水水量損失較大,永久占地多,環境負面影響大。管道輸水的優點在于輸水水量損失小,永久占地少,環境負面影響小,缺點在于施工技術要求相對復雜,建筑材料單價較高,破損后不易修復。本工程輸水線路較長,既要輸送農業灌溉用水,又要輸送城鄉用水。本階段擬定兩種輸水方案進行比較：方案一為管道輸水方案,灌溉用水和城鄉用水共用一根管道進行輸水；方案二為管渠輸水方案,灌溉用水采用明渠輸水,城鄉供水采用管道輸水,明渠與管道并排布置。

2.2.1管道輸水方案（方案一）

供水灌溉工程輸水管線包括總干管、左干管、縣城干管、左支管和右支管,管線總長74.272km?？偢晒芙右趴账矶茨┒?總干管順著者樓河右岸向下,穿過河邊組,到達總干管末端,樁號由總干0+000~總干1+122?？偢晒芷矫婵傞L1.122km,底坡為1/500,管首最大流量3.1578m3/s,管道采用DN1400玻璃鋼夾砂管。在總干管末端設分水口,分為左干管和縣城干管。左干管接總干管末端,經河邊倒虹管跨過者樓河到達左岸,后順著者樓河左岸向下,在坡榮到達左干管末端,樁號由左干0+000~左干15+220。左干管平面總長15.22km,底坡為1/500,管首最大流量2.5971m3/s,管末最大流量2.2885m3/s,管道采用DN1200~DN1400玻璃鋼夾砂管。左干管共設置跨溝（河）管9處,分別為河邊倒虹管、壩考倒虹管、納岜1#倒虹管、納岜2#管橋、納岜3#倒虹管、納岜4#倒虹管、下玢1#倒虹管、納者倒虹管和攀支花倒虹管,總長4.115km。在左干管末端設分水口,分為左支管和右支管。縣城干管接總干管末端,后順著者樓河右岸向下,在縣城到達縣城干管末端,樁號由縣城干0+000~縣城干10+710?？h城干管平面總長10.71km,底坡為1/500,管首最大流量0.5649m3/s,管道采用DN500~DN700玻璃鋼夾砂管?？h城干管共設置跨溝（河）管15處,分別為河邊2#倒虹管、者孟農中1#管橋、者孟農中2#管橋、者孟農中3#倒虹管、者孟農中4#倒虹管、壩潮倒虹管、下玢2#倒虹管、下玢3#倒虹管、下玢4#倒虹管、下玢5#倒虹管、納陽1#倒虹管、納陽2#倒虹管、納陽3#倒虹管、冊亨1#倒虹管和冊亨2#倒虹管,總長3.013km。左支管接左干管末端,后順著者樓河左岸向下,在巖架集鎮到達左支管末端,樁號由左支0+000~左支25+490。左支管平面總長25.49km,底坡為1/500,管首最大流量1.2932m3/s,管道采用DN500~DN1200玻璃鋼夾砂管。左支管共設置跨溝（河）管9處,分別為坡榮倒虹管、坪秧倒虹管、下寨1#倒虹管、下寨2#倒虹管、平浪倒虹管、郎祥倒虹管、尾好倒虹管、尾排倒虹管和上新寨倒虹管,總長6.317km。右支管接左干管末端,經浪沙農場倒虹管跨過者樓河到達右岸,后順著者樓河右岸向下,在巖架新寨到達右支管末端,樁號由右支0+000~右支21+730。右支管平面總長21.73km,底坡為1/500,管首最大流量0.9617m3/s,管道采用DN500~DN900玻璃鋼夾砂管。右支管共設置跨溝（河）管8處,分別為竹林倒虹管、郎州倒虹管、羊場小寨倒虹吸、羊場倒虹吸、小噸上倒虹管、弄應倒虹管、邊坡倒虹管和小納碰倒虹吸,總長6.486km。本工程輸水管道鋪設采用埋管,管槽開挖邊坡為1∶0.75（土坡）和1∶0.5（石坡）,安裝管道前根據管徑在基礎鋪設100mm~250mm粗砂墊層,管道兩側預留300mm~450mm的施工空間,管道安裝后,回填開挖料（跨溝管地面以下500mm采用回填大塊石防沖）,并壓實,管道埋深大于800mm。管道在平面或立面轉彎設C15鎮墩,鎮墩后管道上設伸縮節?？偢晒?、左干管、縣城干管、左支管、右支管等各級管首均設置檢修閥,并沿管道每隔5km~10km布置一個檢修閥；總干管檢修閥后及左干管末端各設一個減壓恒壓閥,以降低閥前過剩水頭；在管道沿線各供水點進口均設置檢修閥和流量控制閥；在管道凸起點設置快速排氣閥,長距離無凸起點的管段每隔1km左右設置排氣閥；在管道低凹處設置泄水沖沙閥。在管道末端設置水擊泄放閥。本工程輸水管道共設置各式閥門394個。方案一工程總投資為34950萬元。方案一典型剖面見圖1。

2.2.2管渠輸水方案（方案二）

灌溉總干渠接壩內取水放空孔下游消力池,順著者樓河右岸向下,穿過河邊組,到達總干渠末端,樁號由總干渠0+000~總干渠1+1188?？偢汕傞L1.188km,底坡1/1000,渠首流量3.073m3/s,渠道斷面為梯形,采用混凝土襯砌,斷面尺寸為1.1m×2.18m（寬×高）。在總干渠末端設分水口,分為左干渠和右干渠。供水總干管走線與總干渠線相同,與總干渠同槽布置,位于總干渠內側,管首流量0.4263m3/s,管道采用DN700玻璃鋼夾砂管。在總干管末端分出左干管和右干管。灌溉左干渠經河邊倒虹吸管跨過者樓河到達左岸,后順著者樓河左岸向下,依次經過納岜倒虹吸管、下玢1#倒虹吸管、納者倒虹吸管、坡榮倒虹吸管、下寨1#倒虹吸管、下寨2#倒虹吸管、平浪倒虹吸管、尾好倒虹吸管、上新寨倒虹吸管,到達（巖架鎮）左干渠末端,樁號由左干渠0+000~左干渠47+466。左干渠平面總長47.466km（含建筑物）,底坡1/1000,渠首流量1.707m3/s,渠末流量0.199m3/s,其中,渠道總長42.415km,渠道斷面為梯形,采用混凝土襯砌,斷面尺寸為0.85m×1.46m~0.4m×0.75m（寬×高）。倒虹管10座,總長5805m,管徑Φ1100~Φ400。供水左干管走線與左干渠線相同,管道采用DN300~350玻璃鋼夾砂管。灌溉右干渠順著者樓河右岸向下,依次經過壩潮倒虹吸管、下玢2#倒虹吸管、冊亨倒虹吸管、浪乃1#倒虹吸管、浪乃2#倒虹吸管、加寒倒虹吸管、竹林倒虹吸管、郎州倒虹吸管、小噸上倒虹吸管、弄應倒虹吸管、邊坡倒虹吸管,到達（巖架新寨）右干渠末端,樁號由右干渠0+000~右干渠41+371。右干渠平面總長41.371km（含建筑物）,底坡1/1000,渠首流量1.309m3/s,渠末流量0.19m3/s,其中,渠道總長35.805km,渠道斷面為梯形,采用混凝土襯砌,斷面尺寸為0.8m×1.64m~0.35m×0.76m（寬×高）；倒虹管11座,總長6250m,管徑Φ900~Φ400。供水右干管走線與右干渠線相同,管道從右干管首至冊亨縣城水廠（右干管0+000~右干管15+364）共15.364km采用DN700玻璃鋼夾砂管,冊亨縣城水廠至巖架新寨采用dn90~dn225PE管。由于渠道多為梯形斷面的傍山渠道,考慮到采用半挖半填設計,渠道的回填部分不易穩定,故將渠道中的正常水位放在挖方斷面內,以形成以挖方為主的挖方渠道。整個渠道中臨山側挖方在位于殘坡積土及風化巖等地層中傾斜開挖,開挖坡比根據地質條件采用1∶0.5~1∶1。為防止邊坡上的石塊、泥塊入渠,邊坡每開挖5m高度即加設1m寬戧道一條。對開挖后形成的永久邊坡,視地質情況采用隨機錨桿,掛網噴混凝土支護處理?？偢汕透汕捎矛F場澆筑C10素混凝土作為防滲襯砌,橫斷面和渠道橫斷面協調一致,結構型式為等厚板,厚度為10cm。本方案在渠道、倒虹管進出口、泄水渠進口共設置各類閘門（含攔污柵）153扇。輸水管道鋪設采用埋管,開挖邊坡為1∶0.5,安裝管道前根據管徑在基礎鋪設100mm~250mm粗砂墊層,管道兩側預留200mm~300mm的施工空間,管道安裝后,回填開挖料,并壓實,管道埋深200mm~1300mm。管道在平面或立面轉彎設C15鎮墩,鎮墩后管道上設伸縮節?？偢晒苓M口處設置檢修閥,檢修閥后設減壓穩壓閥,以保持閥后水頭不變；左干管和右干管管首均設置檢修閥；在管道沿線各供水點出口均設置流量控制閥；在管道沿線每隔5km~10km和倒虹管位置布置一個檢修閥；在管道凸起點設置快速排氣閥,長距離無凸起點的管段每隔1km設置排氣閥。在管道低凹處設置泄水沖沙閥。本方案共設置各式閥門204個。方案二工程總投資為40003萬元。方案二典型剖面見圖2。

2.2.3輸水方式選擇

經比較,方案一供水、灌溉共用輸水管,用水干擾較方案二大,但方案一工程造價比方案二少5053萬元,且更節水,占地更少。因此,輸水方式推薦方案一,即灌溉用水和城鄉用水共用一根管道進行輸水。

3結語

本文以冊亨水庫輸水工程為研究對象,緊密結合農業灌溉、城鎮供水和農村人畜引水的工程任務,從高線與低線方案比選輸水線路,從管道輸水和管渠結合的輸水方案優選出適宜的輸水方案,綜合經濟社會效益和工程技術可達性確定本工程最佳的輸水方案。

4結論

結合本基坑開挖項目,針對現場實測數據分析開挖過程地下連續墻變形、結構豎向位移、基坑周圍地面沉降及結構支撐軸力變化規律,得出主要結論如下：

（1）地下連續墻不同位置受施工影響程度不同,水平位移量有顯著差別,總體表現為隨開挖深度加深位移先增大后減小,最大水平位移量一般出現在基坑中部。（2）第三道支撐完成后,圍護結構豎向位移明顯增大,圍護結構豎向位移受地層影響明顯,開挖過程需注意不同深度土層變化,避免施工過程位移過大造成進展困難。（3）基坑周圍地面沉降量隨距離呈現先增大后減小的特征,距基坑15m~18m處地面沉降達到最大值約30.10mm。開挖過程需注意不同深度土層變化,避免造成沉降變化過大。（4）不同層支撐軸力無明顯規律,第一層支撐軸力波動最明顯,施工最后階段ZL1-3、ZL1-4和ZL1-5支撐軸力明顯高于其余支撐,且ZL1-3支撐在施工期間始終保持高軸力值。綜上,基坑工程雖然復雜,但通過細致的監測,均可發現一定的規律,結果可為更多類似軟土地區基坑開挖項目提供有價值的參考。

參考文獻

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作者:邰志海 張立雄 榮昊 單位:中水北方勘測設計研究有限責任公司 中水珠江規劃勘測設計有限公司