界河渠道倒虹吸对军事设施影响的处理方案

武庆安

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

界河渠道倒虹吸位于河北省满城县尉公村北1km，是南水北调中线京石段应急供水工程总干渠穿越界河的大型河渠交叉建筑物；设计流量135m3/s，加大流量160m3/s；设计洪水标准为100a一遇，校核洪水标准为300a一遇。总干渠与界河交叉区域为某部队军事训练场，坦克实弹射击为该训练场主要训练科目之一，射击方向为东南至西北，而总干渠走向为西南至东北，穿河建筑物界河渠道倒虹吸轴线恰好垂直射击方向将训练场一分为二。为不遮挡射击视线、弹道及容许坦克自由通行，部队要求穿越训练场路段建筑物应深埋地下并能承受50t的坦克压力。

倒虹吸原设计方案综合考虑地形条件、行洪口门宽度及部队要求确定轴线长420m。倒虹吸由管身段、出口工作闸室段和出口渐变段组成，管身段长315m，埋深5.5～7.5m，两孔一联预应力混凝土箱型结构，单孔过水断面尺寸6.5m×6.5m，顶板、中墙、边墙厚度均为1m，底板厚度为1.1m；出口工作闸室采用钢筋混凝土开敞式整体结构，长20m，闸室分2孔，每孔净宽6.5m；出口渐变段长85m，采用底板与侧墙分离的钢筋混凝土结构。

2 变更原因

由于工程在出口部位出地面工程建设后期，部队提出出口闸室、出口渐变段及其以后部分渠道高出地面较多，影响视界并阻断了炮弹飞行线路，要求修改设计方案。倒虹吸原设计方案遵从部队要求进行变更设计，进口通过25m长矩形槽与雾山（Ⅱ）隧洞连接，之后为进口斜管、水平管、出口斜管、出口闸室、出口渐变段，下游与滩地填方渠道相连。倒虹吸前部均埋入地下，从出口斜管开始抬升逐渐露出地面，出地面部位恰好避让了训练场坦克跑道。

3 变更设计

3.1 方案拟定

在与部队沟通协调的基础上，拟定了以下方案：

（1）倒虹吸延长方案，将原倒虹吸出口高出地面部分拆除并改成地下管涵，新建出口闸室、出口渐变段等高出地面部分位于射击边界外；

（2）征地重建训练场方案，在总干渠左侧征地建设满足原训练要求的新训练场。

3.2 倒虹吸延长方案

3.2.1 倒虹吸布置

倒虹吸延长后由管身段、出口闸室段及出口渐变段和两岸防冲建筑物等组成，轴线长616.554m。新倒虹吸保留原倒虹吸进口斜管、水平管、出口斜管前3节和右岸防护工程，轴线长285m；需拆除原倒虹吸出口后2节斜管、出口闸室、出口渐变段135m和出口196.554m渠道工程。新建部分从原倒虹吸出口第3节斜管末端开始，包括管身236.554m、出口闸室20m和出口渐变段75m，轴线长331.554m。

（1）新建管身段。新建倒虹吸管身由原倒虹吸出口第3节斜管末端开始，总长度236.554m，包括斜管连接段6.554m、水平直线段155m、水平折线转弯段45m及折线转弯斜管段30m，分17节，每节长6.554～15m。新建管身结构尺寸与原管身结构尺寸相同，仍为两孔一联，每孔净尺寸为6.5m×6.5m，顶板、中墙、边墙厚1m，底板厚1.1m。根据部队要求，新建倒虹吸管前30m顶部设1.5m厚的混凝土防爆层，并考虑50t坦克荷载。新建倒虹吸管覆土2～3.6m，比原倒虹吸管覆土厚度减小很多，经计算决定采用普通钢筋混凝土结构。

（2）新建出口闸室段。新建闸室与原闸室结构相同，闸长20m，闸室为开敞式钢筋混凝土整体结构，分2孔，每孔净宽6.5m，底板高程为59.889m，墩顶高程72.978m；中墩厚1.3m，边墩顶部厚1.2m、底部厚1.8m，底板厚1.8m。 出口闸室内设2扇工作门和2扇检修门；工作门为弧形门，闸门高度8.5m，采用2×400kN液压启闭机动水启闭；检修门为平面滑动叠梁门，闸门总高度8.55m，分3节，平时放置于闸室两侧的检修门库中，采用2×100kN电动葫芦静水启闭。

（3）新建出口渐变段。新建出口渐变段长75m，钢筋混凝土结构。由于渐变段处于总干渠转弯部位，为降低施工难度并避免产生新的征地问题，边墙型式设计为折线形钢筋混凝土扭曲面，由半重力式挡土墙渐变为坡比1∶2.5的护坡与出口渠道边坡平顺衔接；底板厚0.5m，宽由14.3m渐变为21.5m，底高程由59.889m渐升至63.082m后与总干渠底衔接。渐变段堤顶高程70.08m。

（4）地面建筑物防护。由于倒虹吸位于部队训练场范围内，部队军事训练对倒虹吸进口部位的界河退水闸启闭机房及出口工作闸启闭机房和变电站构成威胁，根据部队要求，该部位设置6m厚的混凝土防爆墙进行防护。

界河退水闸启闭机房共2个，各设一道防爆墙进行保护。退水闸启闭机房迎弹面方向主体尺寸长8m、顶高程81.25m、地面高程70.08m。 据此，确定防爆墙高11.28m、长12m。

倒虹吸出口启闭机房和变电站一并考虑设一道防爆墙。被防护建筑物迎弹面方向主体尺寸长33m、顶高程82.4m、地面高程68m。据此，确定防爆墙高14.7m、长40m。

3.2.2 总干渠影响

为分析倒虹吸延长对总干渠的影响，以倒虹吸延长后出口位置为起点，并以该位置原渠道加大水位为起调水位，向上游进行加大水面线推算。推算采用明渠恒定非均匀流公式：

式中 Z1为下游断面对应水位；Z2为上游断面对应水位；V1为下游断面对应流速；V2为上游断面对应流速；hw为上下游断面间水头损失。

倒虹吸延长前后加大水面线推算结果见表1，上游隧洞净空指标见表2。

表1 界河倒虹吸延长前后上游加大水面线推算成果

表2 界河倒虹吸延长前后上游隧洞净空指标

由表1可知，界河倒虹吸延长后过加大流量160m3/s时，其进口水位壅高0.074m，向上游逐渐减小，至雾山（Ⅰ）隧洞进口加大水位与原加大水位基本一致，区间范围2.58km。雾山（Ⅰ）、雾山（Ⅱ）隧洞之间总干渠堤顶高程按加大水面线以上不小于1.5m安全超高确定，倒虹吸延长后该段渠道加大水面线抬高0.014m，对总干渠堤顶超高影响较小。

界河倒虹吸上游的雾山（Ⅰ）、雾山（Ⅱ）隧洞采用圆拱直墙式断面型式，直墙高度按加大水深加0.2m确定，倒虹吸延长后，两隧洞内加大水位较原来最大抬高分别为0.014m和0.074m，均未超过拱脚。经复核，2条隧洞净空指标（表2）仍满足规范要求。

综上所述，倒虹吸延长对总干渠产生的不利影响较小，倒虹吸方案可行。

3.2.3 工程投资

根据相关定额及取费标准，倒虹吸延长方案静态总投资6751.07万元，其中建筑工程3564.31万元，机电工程230.90万元，金属结构工程122.27万元，独立费用1188.80万元，基本预备费265.90万元，其他补偿费1167.12万元。

3.3 征地重建训练场方案

3.3.1 训练场布置

根据部队要求在总干渠左侧基本上与总干渠一致的方向上征用一块东北～西南方向的带状土地以重建训练场，其中东北侧宽200m，西南侧（背弹面）宽600m，长1500m，将火器的射击方向由东南～西北方向调整为东北～西南方向，背弹面在雾山隧洞出口以北。

拟建训练场范围内的土地面积为59.33hm2，包括尉公村土地4.0hm2、部队土地22.80hm2、永安庄村土地32.53hm2。 此外，训练场重建后，其与总干渠永久占地线之间形成一个条带区域，面积为20.47hm2。由于军事训练的影响，该条带区域农业生产极为不便，而且为了满足部队的训练要求，对该条带作物种植种类也有限制。因此，需将此条带土地一并征用，该条带有尉公村土地1.33hm2，永安庄村土地13.60hm2，部队土地5.53hm3。由以上分析，重建训练场共需土地79.80hm2，包括永安庄村土地46.13hm2、尉公村土地5.33hm2、部队土地28.33hm2。

3.3.2 占压实物量

部队原有土地不需征用，重建训练场需新征土地51.47hm2，包括永安庄村土地46.13hm2、尉公村土地5.33hm2，从地类来看，均为水浇地。此外，征地范围内种植有果树，通过现场调查，共占压果树14410棵。

3.3.3 生产安置规划

重建训练场占用永安庄村土地46.132hm2、尉公村土地5.33hm2。由于占压尉公村的土地较少，对该村产生的影响较小，因此，对于该村的生产安置采取直接补偿的方式，将补偿投资交村集体，由村集体通过调整土地及实行中低产田改造和旱地改良等措施，消除由征地而造成的影响。

永安庄村总人口为3500人，目前耕地面积为146.67hm2，人均耕地仅0.04hm2。 重建训练场需征占46.13hm2耕地，占压后人均耕地仅0.03hm2，对群众生产生活的影响较大。征地后永安庄村的生产安置人口为1101人，全部按远迁处理，需拆迁房屋面积41398m2，包括砖混结构17066m2、砖木结构18167m2、杂房6166m2。需拆迁的附属建筑物，按占压房屋投资的15%计算。此外，移民到新址后，需要为其提供宅基地和生产用地，为保证移民与当地的群众具有同等的生产生活资料，按人均比原址多征0.03hm2土地考虑，共需征地36.70hm2。

3.3.4 训练场建设配套设施

根据部队的要求，拟建的训练场应考虑配套设施建设，部队提出了配套设施清单，估算费用为300万元。

3.3.5 占压补偿投资

3.3.5.1 补偿标准

（1）耕地。满城县耕地年产值110元/hm2，补偿倍数16倍，则耕地补偿标准为1760元/hm2。青苗补偿标准按40元/hm2计。此外，永久征地还包括311.27元/hm2的耕地开垦费和1000元/hm2的耕地占用税。综上，耕地的补偿投资为3111.13元/hm2。

（2）房屋。 砖混结构450元/m2，砖木结构400元/m2，杂房150元/m2。

（3）果树。果树补偿标准为180元/棵。3.3.5.2 补偿投资

根据占压的实物量和补偿标准，重建训练场方案共需投资8556.30万元，其中征地投资6171.71万元，果树补偿259.38万元，房屋补偿1587.14万元，附属建筑物投资238.07万元，训练场建设配套设施300万元。

3.4 方案选定

3.4.1 倒虹吸延长方案

优点是建筑物在总干渠征地红线内布置，不涉及征地问题，且投资6751.07万元相对较低；缺点是总干渠局部范围内产生壅水即对总干渠过流能力产生一定影响。

3.4.2 征地重建训练场方案

优点是不影响总干渠过流能力；缺点是需征地51.47hm2，移民安置人口1101人，且投资8556.30万元相对较高。

倒虹吸延长方案避免了比较突出的移民安置问题，并且比征地重建训练场方案投资少1805.23万元，虽然对总干渠局部过流能力产生一定影响，但在可接受的范围内。综合考虑采用倒虹吸延长方案消除原工程对军事设施的影响。

4 结语

（1）界河渠道倒虹吸原设计方案不但影响部队军事训练，而且建筑物自身安全也受到威胁，进行设计变更是必要的。

（2）倒虹吸延长方案既满足总干渠输水要求，又消除了原设计方案对军事设施的影响，且投资经济，为优选方案。

（3）倒虹吸延长方案得到了建设单位及部队的共同认可，现已建成通水。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.南水北调中线京石段应急供水工程界河渠道倒虹吸延长工程设计专题报告［R］.2009.

［2］河北省水利水电勘测设计研究院.南水北调中线京石段应急供水工程（石家庄至北拒马河段）初步设计报告［R］.2004.

［3］李惠英，田文铎，阎海新.倒虹吸管［M］.北京：中国水利水电出版社，2006.

［4］武汉水利电力学院.水力计算手册［K］.北京：水利电力出版社，1983.