穿河隧道防洪评价与补救措施

刘艳秋

（安徽省交通勘察设计院有限公司，合肥 230011）

穿河隧道防洪评价与补救措施

刘艳秋

（安徽省交通勘察设计院有限公司，合肥 230011）

亳州市汤王大道过河通道工程新建隧道位于主城区，下穿两岸堤防、涡河、小洪河及两河之间的湿地公园。其中，涡河现状为通航河道，小洪河不通航。通过对该隧道进行防洪评价计算，总结穿河建筑物防洪评价要点及补救措施，为类似工程提供借鉴。

穿河隧道；分叉河口；壅水高度；渗流稳定计算；抗滑稳定计算；补救措施

1 建设项目基本情况

亳州市汤王大道过河通道工程，起点位于规划汤王大道与和平路交叉口，终点位于规划三圣路与古泉路交叉口。路线全长1345m，其中隧道长1200m，暗埋段长880m，敞开段长320m。隧道下穿通过涡河、小洪河及郑店子湿地公园，采用围堰明挖法施工，工期720d，2017年4月开始施工。

2 河道现状及现有水利规划

2.1 涡河

涡河现状河底高程28.26～28.66m，河底宽50m，河道上口宽130m（以常水位35m计）。根据《亳州市城市防洪规划（2015—2030）》，涡河干流亳州规划城区段河道基本达到防御20年一遇洪水的能力，其中主城区段（105国道桥～京九铁路桥）防洪标准50年一遇。

根据 《亳州市中心城区水系沟通专项规划（2012—2030）》，涡河核算标准50年一遇，设计流量2500m3/s，河道等级1级。隧址处涡河规划河底宽60m，规划河底高程28.5m，隧址处涡河现状为Ⅵ级航道，规划为Ⅳ级，考虑将来航道升级，现正按Ⅳ级标准进行设计。Ⅳ级航道规划河底标高26.14m。

2.2 小洪河

小洪河河底高程32.01～32.66m，河底宽180m，河道上口宽240m（以常水位35m计）。小洪河核算标准20年一遇，设计流量741m3/s，河道等级1级。

小洪河规划河底宽120m，在小洪河口上游2.3km处拟建小洪河闸，底板高程30.08m，根据洪河水力纵坡0.02%计算，隧址区小洪河河底防洪规划标高29.62m。小洪河现状不通航暂无航运规划。

2.3 郑店子湿地公园

郑店子湿地公园现状高程35.86～37.69m，常水位出露宽150m。

3 防洪评价

3.1 水文分析

拟建汤王隧道下穿处位于G105大桥下游0.73km，根据《亳州市城市防洪规划（2015—2030）》和《亳州市中心城区水系沟通专项规划（2012—2030）》，拟建隧道处涡河和小洪河流量和水位如表1。

表1 拟建隧道处流量和水位

施工围堰采用对拉螺杆钢板桩围堰，顶部设双拼钢围檩及钢筋拉结形成整体，导流建筑物导流设计洪水标准10年一遇洪水，施工期如遇洪水，隧道导流时段安排在第1年10月～第2年4月，第2年10月～第3年4月。隧道处位于涡河大寺闸上游16.33km，因此本工程10年一遇洪水导流流量可参考大寺闸设计洪峰流量。依据 《安徽省涡河近期治理工程初步设计报告》，大寺节制闸分期设计洪峰流量如表2。

表2 大寺闸分期设计洪峰流量成果

本工程10年一遇洪水导流流量同大寺闸为311m3/s；20年一遇洪水导流流量同大寺闸为410m3/s。

3.2 雍水计算

隧道工程埋于地面以下，隧道建成后，不会对河道产生壅水影响，本次仅分析施工期雍水。

隧道工程围堰施工第1阶段围堰范围：北岸大堤～洪河河中和南岸大堤～涡河河中，施工第2阶段围堰范围：洪河河中～涡河河中。由于围堰束窄水面，水流过流断面减小，河床水位抬高，造成壅水。壅水后水位根据河床比降、河道糙率和断面资料，采用曼宁公式计算，如式（1）：

式中 n为河床糙率；A为断面面积；R为水力半径；I为比降。

由于施工围堰分2个阶段，雍水分析以3个阶段进行。依据 《安徽省涡河近期治理工程初步设计报告》内容，主槽或滩地糙率分别取0.0225和0.03；隧道所在的河道位于小洪河口附近，纵坡为1/8400，本次计算取1/10000。围堰设计水位为10年一遇，本次雍水分析对20年一遇水位进行校核。

3.2.1 涡河施工期第1阶段

围堰范围为南岸大堤～涡河河中，根据《汤王隧道围堰设计图》，南岸大堤～涡河河中围堰施工后，水位计算成果如表3。

表3 水位计算成果

由表3可知，施工期第1阶段10年一遇设计流量对应的水位37.72m，20年一遇设计流量对应水位38.23m。考虑波浪和超高（按1m）的影响，施工期，发生10年一遇洪水时，围堰高程满足要求。

3.2.2 涡河施工期第2阶段

涡河河中～小洪河河中，当围堰范围为涡河河中～湿地公园时，水位计算成果如表4。

表4 水位计算成果

由表4可知，施工期第2阶段10年一遇设计流量对应水位37.63m，20年一遇设计流量对应水位38.43m。考虑波浪和超高（按1m）的影响，施工期，发生10年一遇洪水时，围堰高程满足要求。

3.2.3 小洪河施工期第1阶段和第2阶段

围堰为北岸大堤～小洪河河中时，河槽宽67m，上口线宽度不低于90m；围堰为小洪河中～湿地公园时，河槽宽90m，上口线宽度不低于111m。因缺少小洪河施工期洪水资料，无法具体计算。类比涡河，主槽底高程33.2m，围堰的的迎水面顶高程39.3m满足施工期使用要求。

3.3 冲刷计算

隧道建成后，由于隧道经河床下穿越，在河道内不增加阻水性的建筑物，水流的流态不会因隧道工程建设而发生改变，河道冲刷主要为自然冲刷。根据地质勘察报告，隧道穿越处河槽第1层土为粉土，属中等密实的黏土。

隧址处涡河和小洪河20年一遇洪水水位、50年一遇洪水水位 （小洪河仅有20年一遇流量资料，且小洪河不通航，冲刷影响较小，仅对20年一遇进行计算）、洪水位39.71m和枯水位35.2m情况下的冲刷计算方法参照文献［10］，采用式（2）计算最大冲刷水深。

式中 hm为最大冲刷水深 （m）；qmax为主槽最大单宽流量Qc为天然状态下主槽流量（m3/s），Bc为主槽部分过水宽度 （m），hmax为主槽最大水深（m），为主槽平均水深（m）；v′c为河床不冲流速（m/s）为水深1.0m处的不冲流速，取1.2m/s。

冲刷计算成果如表5。

表5 冲刷计算成果

3.4 堤防稳定影响

隧道工程采用大开挖施工，堤防恢复设计采用粉质黏土回填，填筑高度至堤防规划顶高程40.21m，涡河侧堤防内外边坡坡比均为1∶3，小洪河侧堤防坡比为1∶7.5，背水侧顺接现状地面。

3.4.1 堤防渗流

计算断面选取隧址处垂直于堤防的规划断面。考虑到现状堤防是稳定的，本次仅对隧道完成后进行堤防渗流计算。采用GEO-SLOPE软件计算渗流和抗滑，隧道按不透水层考虑，隧道周围土层按增大渗透系数计算。

计算工况：

（1）正常期：迎水侧取50年一遇设计洪水位38.69m，背水侧无水或地下水位不利工况；

（2）骤降期：由设计洪水位48h骤降2m。

渗流稳定分析上游水位取50年一遇设计洪水位38.69m，下游水位平地面。经计算，涡河侧堤防正常条件下及水位骤降工况下，水力比降分别为0.1和0.08，均小于允许水力坡降，满足规范要求。小洪河临水侧坡比1∶7.5，背水侧地面高程基本与堤顶持平，小洪河侧渗流稳定满足要求。

3.4.2 堤防抗滑

计算工况：

（1）设计洪水位，堤后无水，背水坡的稳定计算；（2）设计洪水位骤降期，临水坡的稳定计算；

（3）施工期，迎水侧为枯水期水位，背水侧无水或地下水位不利工况。

隧道穿涡河、小洪河堤防按50年一遇防洪标准加固设计。根据GB50286—2013《堤防工程设计规范》，本工程为2级堤防。涡河侧堤防抗滑稳定计算成果如表6。

表6 堤坡抗滑稳定安全系数计算成果

根据表6，涡河侧南岸大堤、小洪河侧北岸大堤稳定性满足规范要求。

4 防洪补救方案

根据规划，堤防恢复标准为：堤顶宽不小于7m，堤顶道路宽6m，内外边坡不小于1∶3，并下上下游堤防顺接。隧道穿越两岸堤防处各设一道截渗帷幕。

隧道施工完成后，涡河、小洪河按规划断面恢复。郑店子公园按现状进行恢复（含植被）。围堰顶高程要满足施工期10年一遇洪水过流的要求。

本次设计涡河侧及小洪河侧两岸堤防护坡范围为隧道轴线上游125m，至下游150m范围内。两岸堤防按照规划恢复（含南岸堤防临水侧塑胶跑道）后，堤防迎水坡采用混凝土预制块护坡，护坡高度为自堤脚至20年一遇洪水位以上0.5m。

5 结语

（1）隧道围堰设计洪水标准为10年一遇，为保证汛期安全，以防发生超过10年一遇洪水，应定时监测水位，备足回填土料、预留过流断面。

（2）当隧道下穿通航河流时，隧道顶高程不但要满足水利规划要求，还应满足航道规划要求，预留航道升级空间，以防碍航。

（3）隧道的进、出土口距堤防背水侧堤脚的距离，应满足S171—96《堤防工程管理设计规范》等要求的护堤地范围及堤防保护范围。

［1］水利部.河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则（实行）［S］.2004.

［2］成丽婷.铁路大桥跨河防洪评价及补救方案［J］.水科学与工程技术，2014（2）.

［3］孙庆磊，周波，李超.跨河桥梁防洪影响评价指标体系及影响防治措施研究［J］.水利科技与经济，2014（4）.

［4］赵博，朱梅，赵家详.码头工程防洪评价方法与探讨［J］.地下水，2016（6）.

［5］黄义娟.三大类建设项目的防洪评价要点分析［J］.中国农村水利水电，2015（8）.

［6］何书琴，徐林春，郑国栋.穿河穿堤工程防洪影响评价技术审查要点分析［J］.广东水利水电，2012（7）.

［7］安徽省水利水电勘察设计院.亳州市城市防洪规划（2015—2030）［R］.

［8］合肥市市政设计院有限公司.亳州市中心城区水系沟通专项规划（2012—2030）［R］.

［9］安徽省水利水电勘测设计院.安徽省涡河近期治理工程初步设计报告［R］.

［10］谢鉴衡.河床演变及整治［M］.武汉：武汉大学出版社，2013.

（责任编辑：尹健婷）

Evaluation on flood control and remedy options of river-crossing tunnel

LIU Yan-qiu
（Anhui Provincial Communications Survey&Design Institute Co，Ltd，Hefei230011，China）

New tunnel of Tangwang Dadao river-crossing project is located in the downtown area of Haozhou.The tunnel will crossing both sides of the embankment，Guo river，Hong river and wetland park between the two rivers.Among them，Guo river is a navigable river，Hong river is not.In this paper，flood evaluation of the tunnel is elaborated，the main points and remedy options are summarized for the reference of similar tunnel projects.

river-crossing tunnel;divaricating rivers estuary;backwater height;seepage flow stability computation; calculation of stability against sliding;remedy options

TV122

：B

1672-9900（2017）04-0050-04

2017-05-08

刘艳秋（1988-），女（汉族），安徽亳州人，工程师，主要从事河道整治、防洪评价方向研究，（Tel）18772636092。