南水北调中线工程颍河渠道倒虹吸导流设计

□郝玉鹏 □聂义波 □张明恩（河南省水利勘测设计研究有限公司）

0 引言

颍河为南水北调河南段交叉河流中为数不多的几条大河之一，设计导流流量119m3/s，窄深式河道。河床底部为透水性极强的卵石层，并且存在承压水。设计中比选了多种导流和排水方案，本文中为对比分析后的最终方案。实施过程中导流工程严格按设计施工，目前南水北调禹州和长葛段已顺利通水。本文主要介绍颍河倒虹吸的施工设计及根据实施过程中遇到的问题对施工设计的反思。

1 工程条件

1.1 概况

颍河渠道倒虹吸为南水北调中线一期工程禹州和长葛段总干渠与颍河交叉建筑物，位于河南省禹州市西北约3km处，建筑物全长452m。颍河渠道倒虹吸为决定禹州和长葛段工期的关键工程，而导流工程又决定了颍河渠道倒虹吸工程能否如期施工完成。

1.2 地形地貌

颍河为一常年有水河流，自北西向南东流经本区，河谷呈“U”形，深切达13m左右。河床宽度80～110m，两岸高出河床7～13m，水量受上游白沙水库和纸坊水库控制。

1.3 气象水文

颍河所在地区属温带季风气候区，施工期流量水位关系见表1。

表1 河道施工洪水（非汛期10-5月）成果表

1.4 地质

场区地层主要有上第三系中新统洛阳组软岩和第四系松散物构成，与导流设计密切相关的地层为②alQ24卵石、③alQ14重粉质壤土、④alplQ3黄土状中粉质壤土、⑤alplQ3黄土状重粉质壤土、⑥N1L泥砾岩、⑦N1L砾岩、⑧N1L粘土岩、⑨N1L砂岩、⑩N1L砾岩。

地下水为第四系松散土类孔隙潜水、上第三系碎屑岩类孔隙、裂隙水潜水和承压水。第四系松散土类孔隙潜水主要赋存于河床卵石层（Q14）中，该含水层厚2.00～7.55m。上第三系碎屑岩类孔隙、裂隙潜水主要赋存于上第三系上层砾岩含水层中，该层厚2.50～7.00m，潜水位113.00～114.05m，埋深7～12m。上第三系碎屑岩类承压水主要赋存于上第三系砂岩中，该层厚8.20～25.65m，水位高程113.40～114.18m，较潜水位高0.10m左右。

2 施工导流

2.1 导流标准

颍河渠道倒虹吸工程为1级建筑物。按《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）中的导流建筑物级别划分表，围堰保护对象为1级永久建筑物时，导流建筑物为4级，对应的导流标准为10-20a一遇洪水，为降低导流工程投资，采用10a一遇洪水。

颍河下游靠近禹州市设有橡胶坝一座，担负着禹州市生活和工业供水，施工期间考虑橡胶坝的回水影响。本工程导流时段为枯水期10-5月，导流设计流量Q=119m3/s，建筑物轴线交叉断面相应水位为115.78m。

2.2 导流方案

根据水文、地形及建筑物特性，采用土石围堰保护渠道倒虹吸施工，明渠导流，导流时段为枯水期10-5月。

一期在右岸开挖导流明渠，并在倒虹吸上、下游填筑全断面断流围堰，施工河槽段7～22节管身及河道整治工程，第二年汛前拆除围堰，恢复原河床，并填筑除二期工程需要开挖的部分之外的导流明渠，汛期施工进口段。然后施工管身1～6节及退水闸段，右岸施工完后将工地转移至左岸，施工管身23～28节及出口段。

退水闸施工采用U型围堰封堵出口。

2.3 导流建筑物设计

根据渠倒虹的特点，围堰布置在管身段上下游开挖边界线外约15m。上下游挡水围堰按非汛期10a一遇的标准设计。导流明渠渠底位于管身2～3节之间，管身2～3节基面高程为112～108m，导流明渠渠底高程114m，开挖导流明渠不会破坏工程。导流明渠下游结合了退水闸的位置，节省了导流明渠开挖量，减少了导流工程投资。

2.4 施工排水

根据水文地质条件，本区地下水主要为第四系松散层孔隙潜水、上第三系孔隙裂隙潜水和上第三系孔隙裂隙承压水，施工时排水任务较大。一是潜水：颍河常年有水，地下水位高程112.87～113.25m。河床内为卵石层，层厚2.00～7.55m，渗透系数5.8×10-1cm/s，其下为隔水层粘土岩。为确保工程顺利实施，需要进行基坑防渗，通过方案比较采用高喷灌浆。二是承压水：承压水主要赋存于上第三系砂岩中，倒虹管身段建基面高程96.70m，大部分座落在该层上，该层渗透系数为4.15×10-3cm/s，承压水位高程113.40～114.18m。为确保工程顺利实施，在基坑开挖前采用深井抽排法降低承压水的压力，使承压水位降至96.70m高程以下时，方可开挖砂砾岩层。

3 对颍河导流设计的反思

由于颍河河槽是窄深型，如为减少上游河道壅高，导流明渠势必要开挖很深，导流明渠开挖及回填的工程量非常大，经计算此方案导流部分投资达上千万。最终选择的抬高导流明渠方案虽然大大减少了导流部分投资，然而上游水位却相应抬高，实际施工过程中上游淹没赔偿费用也有较大增加。因此对于窄深型河槽的施工导流不仅要考虑工程投资，还须结合占地征迁的影响使得导流方案最佳。