某大型跨河压力钢管倒虹吸下部结构比选

周怀春 司建强

摘要：西南高原山区水资源丰富但区域分布不均，跨区域调水成为解决以上难题的主要工程措施。倒虹吸作为大型引调水工程跨河建筑物的重要组成部分，具有施工难度大、安全风险高，工程投资高等特点，下部结构形式直接关系到工程运行安全及工程投资，因此本文对大型压力钢管倒虹吸的下部跨河支撑结构进行不同方案比选分析，选择较优的下部支撑结构方案。

关键词：引调水工程;倒虹吸;拱桥;梁桥;综合比选

一、工程概况

滇中引水工程是云南省可持续发展的战略性基础工程，工程从金沙江上游石鼓河段取水向滇中城镇生活及工业供水、同兼顾农业与生态，以解决云南省社会经济发展的核心区严重缺水问题[1]。工程受水区包括大理、丽江、楚雄、昆明、玉溪、红河六个州（市）的35个县（市、区），总面积3.69万km2、人口1418.1万人。

工程多年平均引水量34.03亿m3，工程由石鼓水源和输水总干渠两部分组成。水源工程为石鼓石鼓提水，装机12台，总装机功率480MW。总干渠跨滇西北、滇中及滇东南地区，依次经过丽江、大理、楚雄、昆明、玉溪和红河6个州（市），线路全长664.23km，设计流量135m3/s～20m3/s。

输水总干渠某倒虹吸横跨区域大型河流干流，衔接上下游输水隧洞，交叉处河道设计洪水（100年一遇）1705m3/s。倒虹吸全长1460m，设计流量100m3/s，采用3根直径4.2m压力钢管输水。倒虹吸进出口距离河底高差247m，压力钢管最大静水头约206m。

二、 倒虹吸地形地质条件

河流在该段总体流向由南向北，河谷基本上呈“V”形，下部狭窄，上部稍宽缓，河床最低高程约1695m，河床宽度50m～80m，谷峰高差560m～580m。河流西岸坡度25°左右，东岸35°～45°。

两岸山坡地表广泛分布较薄的第四系覆盖层，部分陡坡地段见基岩出露。下伏基岩为三叠系上统舍资组（T3s1），地层为中厚层状长石石英砂岩夹泥质粉砂岩、泥岩。

三、下部支撑结构形式选择[2-4]

桥型选择应以安全、适用、经济、美观及耐久为原则，综合考虑桥位处地形、地质条件，施工工期要求、施工场地的布置等，本文重点对拱桥和梁桥两种桥型进行比选。

（一）拱桥方案

拱桥方案拟定为100m上承式钢筋混凝土箱型拱桥，计算矢跨比为1/6，拱轴线型为悬链线型，拱轴系数m=2.240。上部结构跨度划分为11m×10m，总长110m。压力钢管内径为4.2m，支撑在盖梁上，盖梁与拱箱通过立柱连接。立柱为1.4m×1.0m、1.2m×0.8m实心钢筋混凝土方柱。主拱由11箱钢筋混凝土预制闭合拱箱组成，主拱圈截面高度为3.2m，每榀宽1.6m，总宽为18.4m。每箱分5段吊装，拱桥两端布置扩大拱座。结构布置见图2和图3。

（二）梁桥方案

梁桥方案桥跨布置为11m×15m，桥梁总长为165m。上部结构为3根4.2m压力钢管，桥墩间距15m。桥墩墩高大于20m采用变截面空心薄壁墩，其他采用桩柱一体式桥墩。空心墩最大墩高为39m，横桥向由2个空心墩组成，单个空心墩横桥向宽7.0m，墩顶顺桥向长1.8m，从上到下按1：50变宽，壁厚为0.5m，承台尺寸为17m×6m×2.5m，每个承台下有8根桩，桩基直径为1.5m。桩柱一体式桥墩最大墩高为14.5m，直径为1.5m，每个盖梁下有6个桥墩共同承载上部荷载。结构布置见图4～图6。

三、方案综合比选

如表1所示，分别从桥梁规模、经济性、美观、施工難度、施工安全、耐久性等方面对拱桥方案及梁桥方案进行比较，并确定拱桥方案为推荐方案。

四、 结语

该河道为典型“V”形河谷，两岸覆盖层厚度薄，下浮基岩以弱风化、微风化的长石石英砂岩为主。通过多倒虹吸拱桥方案和梁桥方案综合比较，拱桥方案具有抗震性能好、结构形式简单，施工工期段及工程投资省的有点，因此该倒虹吸下部结构推荐采用拱桥方案。

参考文献：

[1]水利部长江水利委员会. 长江流域综合规划（2012～2030年） [Z]. 2012;

[2]中华人民共和国交通运输部. JTG D62-2012. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]. 北京：人民交通出版社，2012

[3]项海帆. 高等桥梁结构理论（第2版）（研究生教学用书）[M]. 2013.

[4]吴德绪， 倪晖. 南水北调中线工程设计与重大技术问题研究[J]. 人民长江， 2014（6）：1-3.

作者简介：周怀春（1967-），男，云南昆明人，高级工程师，主要从事水利工程建设与管理工作。