卫河倒虹吸枢纽工程施工导流设计

王海峰，梁松山，宋涛，郭江波

(1.河北工程大学水利水电学院，河北 邯郸 056021;2.河北省水利工程局,河北 石家庄 050021；3.邯郸市水利工程处,河北 邯郸 056000)

1 工程概述

引黄入冀补淀工程属于大型跨区域、跨流域引调水工程，是国务院于确定的172项节水供水重大水利工程项目之一。引黄入冀补淀工程既是雄安新区生态水源保障项目，也是国家战略工程。按照SL252-2017的规定引黄入冀补淀工程设计等级为Ⅰ等工程，工程规模为大(1)型，设计多年平均引水量7.40亿m3,每年可向雄安新区生态补水2.55亿m3。工程从河南濮阳渠村黄河取水口入南湖干渠，沿渠向北穿卫河进入河北，引黄工程全线通过现有河道、沟渠输水，全程自流至白洋淀。卫河倒虹吸是引黄水进入河北的控制性工程，也跨越是河北、河南分界线卫河交叉性枢纽工程。

图1 卫河倒虹吸工程位置图

卫河倒虹吸位于引黄入冀补淀工程(河南段)总干渠的末端，濮阳市清风县阳邵乡硝河闸东360 m处，工程全长934.40 m，设计流量61.40 m3/s，设计水头0.82 m，倒虹吸管身为箱型钢混结构双线平行布置。依据所穿越卫河两岸堤防的级别确定倒虹吸工程为2级建筑物，防洪标准50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，抗震设防烈度为7度，工程合理使用年限为50年。卫河倒虹吸导流建筑物标准按4级设计，相应设计洪水标准为10年一遇。工程由五部分组成：进口分流段、进口控制段、倒虹吸管身、出口控制段和出口分流段等。卫河倒虹吸管分左、右两侧布置，两侧均为双管线，其中左侧为本次新建倒虹吸管(新管)，管身两孔一联，孔径为3×3 m2。右侧是已建倒虹吸管(旧管)，为2010年完工的“引黄入邯”工程修建，管身两孔一联，旧管在卫河左、右岸滩地、阶地段孔径为4×4 m2，卫河主槽段孔径为3×3 m2。项目区段卫河常年有水且径流量较大，在工程位置上游约13 km处卫河楚旺水文站，根据楚旺水文站多年水文观测资料，该断面多年平均流量为65.30 m3/s。

2 水文地质

卫河倒虹吸工程项目区为温带大陆性季风气候，是半湿润半干旱地区，主要受东南季风影响较大。区域内的降水在年内主要集中在6-9月份，降水量400.20 mm，占全年降水量的71.30%，10月至次年5月为枯水季，降水量为161.00 mm，占全年降水量的28.70%。降水年际变化的主周期分别为5-9 a，变差系数Cv为0.30。

倒虹吸工程与河道交叉断面河段防洪标准为50年一遇，洪峰流量为2 500 m3/s。综合上游来水情况、工程进度、导流工程造价，确定主河槽段施工期为1-5月，卫河倒虹吸施工期间导流建筑物采用枯水期10年一遇(1-5月份)设计标准，设计流量为85.30 m3/s。

工程场区为平原型河谷地貌，卫河两岸由一级阶地、河漫滩组成，两岸阶地上均修筑有堤防，河道宽约800 m，主河槽宽约36 m。两岸漫滩基本对称发育，宽约50 m，一级阶地地形平坦、开阔，现主要是河北、河南当地百姓耕地，耕地地面高程49.50～50.20 m。漫滩紧邻主河槽，高程在42.80～43.20 m之间，主河槽河床高程约39.50 m。工程建设区地层稳定，除人工夯实填土外均为第四系全新统冲积层，按地层岩性可分为3个地质单元，①层轻粉质壤土中，②层中、重粉质壤土，③层粉细砂、轻粉质壤土。根据地质勘结果，当地地下水主要是孔隙潜水，赋存于③层粉细砂中，地下水位埋深介于8.16～16.90 m之间。该区地下水主要靠地下径流和卫河水补给，并以地下径流形式排泄。地下水与地表水有水力联系，年变幅一般在0～3 m。场区赋存有上层滞水，埋深约8.00 m，水位高程约41.20 m，赋存于①层轻粉质壤土中，②中、重粉质壤土为隔水层，富水性差，主要受大气降水补给。施工期间为保证工程质量和干场作业，需在基坑内采取降排水措施。

3 施工导流设计

3.1 方案设计

根据施工进度安排，施工期为1-5月的枯水期，相应设计洪水标准为枯水期10年一遇，设计洪峰流量为85.30 m3/s。综合考虑当地的水文、地质、枢纽布置、施工方案、工期以及工程投资等因素，依据河道现状在主河床内扩挖子槽分期导流。设计采用全断面一次性截流，截流前分别在两岸漫滩地开挖导流明渠，上下游各设围堰一道，截流同时导流明渠通水。在一个非汛期内两次开挖导流明渠完成导流，导流平面布置详见图2。

图2 卫河倒虹吸导流方案示意图

3.2 导流明渠设计

导流明渠进出口布置在上下游围堰以外20 m处，导流明渠采用枯水期10年一遇标准，设计洪峰流量85.30 m3/s。1、2期导流明渠长度均为300 m，明渠设计进口高程39.65 m，出口高程39.50 m，明渠底宽15 m，左右岸边坡系数1∶1.50，详见图3、图4。为避免水流流速变化对渠底产生淘刷，导流明渠进口和主河槽交叉段人工抛石垫底，抛石厚50 cm，范围见图2。导流渠和河槽拐角处坡上铺设土工膜，土工膜上衬砌12 cm厚C20混凝土，衬砌范围为主河槽和明渠进口处拐角每侧2 m。

图3 导流明渠结构形式图

为保障边坡稳定和防止水流对岸坡的淘刷，1、2期导流明渠全线坡、底铺设土工膜，渠底、坡铺设土工膜前开挖沟槽50 cm×50 cm，铺膜后压C20沟槽混凝土，每10 m设置一道，详见图4。

图4 现场照片图

3.3 防渗设计

为防止围堰渗水进入基坑，围堰距离基坑开挖开口线>30 m。为防止明渠渗水进入基坑，对基坑侧明渠边坡、渠底进行混凝土衬砌，衬砌范围为在倒虹吸管身轴线东西各30 m。衬砌采用12 cm厚C20混凝土，横向、纵向每4 m留伸缩缝，缝内填闭孔塑料板，缝表面用密封胶密封。

3.4 围堰及交通桥设计

基坑上下游各设横向围堰一道，1、2期导流在顺水流方向主河槽一侧分别设置纵向围堰一道。设计上下游围堰、纵向围堰顶部高程43.50 m，围堰高4 m,顶宽5 m，上下游围堰边坡迎水面为1∶3，背水面为1∶2。利用原主河槽废弃桥墩作为明渠交通桥桥墩，对废弃桥墩加固加高，桥面铺设28#槽钢背焊，沿桥面每30 cm铺一道，桥面宽5 m铺设钢板，左右两侧焊制钢栏杆。

3.5 导流施工

卫河倒虹吸工程施工安排在一个枯水期内完成全部工程。滩地导流明渠的开挖从中间向两端进行，工程机械采用1 m3挖掘机挖掘，50型装载机推至指定存土场待回填。基坑上下游均为土质围堰，围堰填筑采用明渠或基坑的开挖土料，从卫河两岸沿围堰轴线方向同时进占填筑，用1 m3挖掘机挖装，自卸汽车运输至工作面，推土机摊平碾压，另配备2.80 kW蛙式打夯机配合压实。

4 经验结论

综上所述，引黄入冀补淀工程穿卫河倒虹吸施工导流设计，在掌握工程施工区域的地址、地形、水文气象等自然特性后，结合枢纽工程总体布置、工程量、工期、工程投资等特点，特别是从工期和工程投资考虑，对工程分期实施计划并进行分期施工导流设计。①卫河在华北地区属于为数不多的常年有径流的河流，10年一遇枯水期洪峰流量85.30 m3/s，工程施工必须进行导流。②采用分期导流方式、两期导流方案，利用二级滩地开挖明渠导流，节省了导流工程量，降低了导流费用，并且分析导流的重点难点，在承担部分风险的前提下，对围堰、导流明渠进行土工膜、混凝土衬砌防渗施工，为主体工程的施工提供有利条件。③工期和工程投资是整个枢纽工程的主要影响因素，结合工程实际情况，合理安排施工工序、工期，加大主体工程的施工强度，既要保证工期，又要保证工程质量，各参建单位从技术风险和非技术风险两方面入手，对原材料、设备、人员、工序、安全等方面进行控制和监督。④通过质量竞赛、物质奖励等方式，集中全工区力量打歼灭战，确保主体工程施工目标的完成，为其他类似工程导流设计施工提供了经验，可供借鉴。