李旭航 王 偉 暴艷利 唐 昕

1 工程概況

湖北省鄂北水資源配置工程是從丹江口水庫清泉溝隧洞進(jìn)口引水，線路全長(zhǎng)269.67km，沿途穿越襄陽市的老河口市、襄州區(qū)、棗陽市，隨州市的隨縣、曾都區(qū)，廣水市，終到孝感市的大悟縣。其中，余店河倒虹吸工程位于湖北省廣水市余店鎮(zhèn)，系鄂北調(diào)水干渠與余店河交叉需要而設(shè)置，設(shè)計(jì)流量7.4m3/s。起點(diǎn)樁號(hào)218+850，終點(diǎn)樁號(hào)219+220，上接張家灣明渠，下接朝陽村明渠，全長(zhǎng)370m。余店河倒虹吸位于余店河和余家畈河交匯處上游約120m處，涉河段在余店河和余家畈河處的河道寬度分別為21m和25m。

2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流時(shí)段劃分

本工程主體建筑物為3級(jí)，按照SL303—2004《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，導(dǎo)流工程按5級(jí)建筑物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，土石圍堰的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為5～10年一遇。不同導(dǎo)流時(shí)段的洪峰流量—水位關(guān)系見表1。由于余店河倒虹吸施工工期短，基坑過水損失小，且基本對(duì)下游不造成影響，因此，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用非汛期5年一遇洪水。同時(shí)，余店河倒虹吸施工工期為5個(gè)月，根據(jù)施工進(jìn)度安排，施工時(shí)段選擇相對(duì)較枯的11月—翌年3月。余店河相應(yīng)的洪水流量為32.0m3/s，水位100.79m；余家畈河相應(yīng)的洪水流量為9.9m3/s，水位102.78m。

3 導(dǎo)流方案比選

余店河倒虹吸工程在樁號(hào)219+045處穿過余店河，在樁號(hào)219+120處穿過余家畈河，涉河段河床高程98.7～105.8m。河道兩岸具有條件較好的灘地，具備開挖明渠條件，因此，施工采取明渠導(dǎo)流。下面對(duì)兩種明渠導(dǎo)流方案進(jìn)行比較。

方案1：倒虹吸工程涉河段在余店河河道右岸和余家畈河河道左岸具備同時(shí)開挖明渠的條件，因此，可開挖1#、2#兩條導(dǎo)流明渠對(duì)余店河和余家畈河分別進(jìn)行導(dǎo)流，一次性完成倒虹吸工程涉河段的施工。在余店河和余家畈河交匯處下游布置下游圍堰。

方案2：導(dǎo)流時(shí)段水位余家畈河比余店河高出2m左右，因此，可在兩河交匯處上游側(cè)開挖導(dǎo)流明渠將兩河連通。先通過1#明渠將余家畈河來水導(dǎo)入余店河，再通過在余店河河道右岸開挖2#明渠將余店河與余家畈河來水導(dǎo)入下游，此方案同樣可以一次性完成倒虹吸工程涉河段的施工。

余家畈河在兩河交匯前河床向右岸彎曲，方案1在余家畈河左岸開挖的明渠較長(zhǎng)，約220m，遠(yuǎn)大于方案2將兩河連通的導(dǎo)流明渠長(zhǎng)度。因此，從工程成本的角度方案2更優(yōu)。同時(shí)余店河與余家畈河之間為壤土地層，開挖明渠不需要采取額外的防滲措施，并且可以將開挖料用于圍堰填筑，以滿足土石方平衡要求。綜上所述，施工采取方案2的明渠導(dǎo)流方式。

4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

4.1 導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

1#明渠布置于兩河交匯處上游側(cè)約160m處，明渠底高程99.50m，渠長(zhǎng)102m。2#明渠布置于余店河右岸灘地，明渠底高程98.79m，渠長(zhǎng)232m。

1#明渠所在地層為壤土，不需要采取防滲措施。2#明渠所在地層為砂礫石，考慮抗沖的同時(shí)還需要進(jìn)行防滲處理，因此，在2#明渠渠底和邊坡現(xiàn)澆C20混凝土防護(hù)，厚度為10cm?；炷磷o(hù)底和護(hù)坡隔8m設(shè)一道伸縮縫，縫寬2cm，縫內(nèi)采用瀝青木板填縫。

明渠采用梯形斷面，1#明渠底寬3m，2#明渠底寬6m，渠道邊坡均為1∶2。

4.2 圍堰設(shè)計(jì)

根據(jù)所選導(dǎo)流方案的施工布置，1#和2#圍堰作為上游圍堰分別阻擋余店河和余家畈河的上游來水，3#圍堰位于兩河交匯處下游作為下游圍堰。首先根據(jù)設(shè)計(jì)流量，查明渠出口下游河床水位—流量關(guān)系曲線，得到明渠出口水位，采用能量方程自明渠出口向上游推水面線，求得明渠進(jìn)口下游側(cè)明渠水深，以該水深作為堰后水深，采用寬頂堰公式計(jì)算上游水位，從而確定上游圍堰高程。

（1）明渠水面線的推求是基于河道恒定非均勻流法進(jìn)行推算，河道恒定非均勻流計(jì)算公式的主要理論依據(jù)是伯努利能量守恒方程式。公式形式如下：

式中 Z上、Z下——上、下游斷面水位，m；

V上、V下——上、下游斷面流速，m/s；

Q——設(shè)計(jì)流量，m3/s；

ΔS——上、下游斷面間距，m；

a——?jiǎng)幽苄拚禂?shù)；

ξ——局部阻力系數(shù)；

K上、K下——上下游斷面流量模數(shù)，通過公式計(jì)算，其中：A為過水?dāng)嗝婷娣em2；R為過水?dāng)嗝嫠Π霃?，m；n為河床糙率。

根據(jù)余店河下游河床的水位—流量關(guān)系曲線，查得設(shè)計(jì)工況下2#明渠出口水位100.79m，利用式（1）從下游斷面向上游推算水位，從而推求得到2#明渠水面線，如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)工況下2#明渠水面線

（2）推水面線求得明渠進(jìn)口下游側(cè)明渠水深后，以該水深作為堰后水深，采用寬頂堰公式計(jì)算上游水位，寬頂堰公式如下：

式中 Q——下泄流量，m3/s；

m——流量系數(shù)；

σ——淹沒系數(shù)；

ε——側(cè)收縮系數(shù)；

B——過水寬度，m；

H0——計(jì)入行近流速的上游總水頭，m。通過寬頂堰公式計(jì)算得到2#明渠上游水位101.19m，以2#明渠上游水位作為1#明渠的下游水位重復(fù)上述步驟求得1#明渠上游水位101.24m。1#明渠內(nèi)設(shè)計(jì)流速控制在0.8～0.9m/s，2#明渠內(nèi)設(shè)計(jì)流速控制在1.8～2.1m/s，均滿足渠道設(shè)計(jì)流速要求。根據(jù)SL303—2004《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，考慮波浪爬高和堰頂安全超高，其中堰頂超高取δ=0.5m，1#圍堰堰頂高程101.70m，2#圍堰堰頂高程101.80m，3#圍堰堰頂高程101.30m。

施工圍堰采用均質(zhì)土圍堰型式，利用開挖料填筑，最大堰高約2.5m。1#與3#圍堰基礎(chǔ)為砂礫石，基礎(chǔ)用黏土換填截滲溝防滲，堰體無需防滲，圍堰頂寬3m，兩側(cè)邊坡1∶2.5；2#圍堰基礎(chǔ)為壤土，基礎(chǔ)與堰體均無需防滲，圍堰頂寬3m，兩側(cè)邊坡1∶2.5。截滲溝應(yīng)開挖至基巖，黏土不應(yīng)含有植物根莖、磚塊等雜質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量不大于2%，易溶鹽含量不超過3%，黏粒含量15%～30%，塑性指數(shù)10～20，滲透系數(shù)不大于10-5cm/s。圍堰堰體均質(zhì)土滲透系數(shù)不大于10-4cm/s，水下部分采用拋填施工，水下部分壓實(shí)度不得低于0.94。

5 結(jié)語

在對(duì)導(dǎo)流方案進(jìn)行比選的基礎(chǔ)上，提出合理的施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)，充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件，既能滿足現(xiàn)場(chǎng)防洪安全要求，又降低了工程成本。合理的施工導(dǎo)流措施可以為工程的順利實(shí)施創(chuàng)造了良好的條件。施工導(dǎo)流雖然是一項(xiàng)臨時(shí)工程，但卻是水利工程建設(shè)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，在編制施工組織設(shè)計(jì)時(shí)一定要高度重視施工導(dǎo)流工作，編制的施工導(dǎo)流方法應(yīng)合理、節(jié)約、可操作性強(qiáng)，從而為主體工程的實(shí)施創(chuàng)造良好條件。