浅谈河道冲刷对穿河供水管道工程的影响

刘战业 王馨馨 闫花丹

（1.山东省曹县水务局水资源管理办公室 曹县 274400 2.山东水之源水利规划设计有限公司济南 250014）

根据《中华人民共和国防洪法》规定，在泛洪区或者蓄滞洪区建设非防洪建设项目（穿河供水管道工程），应该就洪水对该穿河供水管道工程可能会产生的影响和穿河供水管道对防洪可能产生的影响作出计算评价，并提出相应的保护防御措施。

本文以邹城市湖水东调供水管道穿越苗庄河工程为实例，做出河道冲刷对穿河管道的影响分析，并提出一种穿河管道防冲刷的补偿措施。

1 项目概况

1.1 河道基本情况

苗庄河属淮河水系，是邹城市一条东西流向的季节性河流，该河东起看庄镇苗看庄的店子河，向西至石墙镇望云村北入望云河，全长12.5km，流域面积75.99km2，防洪标准为20年一遇。苗庄河汇入白马河，白马河为南四湖湖东支流。苗庄河沿线流经苗看、倪看、高看、唐看、吕台、巩庄、黄家村及苗庄等村庄。

1.2 穿越工程情况

湖水东调供水管道工程管线于苗庄河桩号0+500 穿越苗庄河，穿越苗庄河时，穿越管线轴线与上游桥梁平行，与苗庄河水流流向之间的交角为67°。采用顶管方式穿越，顶管起点工作井距离河道左岸外堤脚25.70m，顶管终点工作井距离河道右岸外堤脚25.85m，工作井为临时井，尺寸为7m×7m。管道管顶距离现状河底最低点2.62m，穿越土层为粉质黏土。在管道拐角处设置镇墩，镇墩距离外堤脚最近距离为29.20m。顶管选用钢筋混凝土套管，套管直径D1200mm。顶管混凝土管采用顶进施工法用Ⅲ级钢筋混凝土企口管，套管与工作管间空隙采用C20 混凝土注满，管道布置见图1。

图1 管道布置图

1.3 穿越处河道情况

管线穿越苗庄河处河道断面为复式断面，穿越处紧邻苗庄河入望云河河口，断面以上流域面积采用河道全流域面积75.99km2；河底高程44.46m，现状河底宽15.65m，河道口宽112.29m；左岸堤顶高程50.41m，右岸堤顶高程49.85m，管线穿越处河道两岸有土堤。

2 评价计算

2.1 水文资料获取及水文分析

水文分析计算内容包括管线穿越断面处河道防洪标准下的洪水水位和流量。

本次雨量分析计算，首先根据各单站（看庄站、马楼站、大庄站）雨量综合分析出设计点雨量，然后经点面折减求得设计面雨量。经分析计算，该区域雨量站雨量计算成果见表1。

表1 区域雨量站雨量计算成果表

由于苗庄河穿越处以上流域属于平原山丘混合区，所以需按《山东省水文图集》中推荐的公式计算山丘平原混合区的净雨R混。

R混=R山-f（R山-R平）

式中：f—系数。

设计流量计算采用1972年山东省水利勘测设计院《南四湖湖东地区设计洪水计算方法》中的南四湖东区排水公式Q=0.055R1F0.75。

计算结果如表2。

表2 项目处设计流量成果表

洪水位采用《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）形态断面法进行推求，当苗庄河发生20年一遇洪水时，设计断面处设计洪水位为47.23m。

2.2 冲刷计算

根据《公路工程水文勘测设计规范》计算项目处河槽的一般冲刷深度（见表3）。经计算，供水管道顶部在最大冲刷线以下埋深最小为2.43m。

表3 一般冲刷计算成果表

3 关于河道冲刷对管道工程影响的分析

一般情况下，当河道行洪断面中建设有永久性水工建筑物时，会因为水中建筑物阻水部分的阻挡而改变水流流态，从而对该处河底产生一定程度的淘刷，对河道的形态变化造成一定影响，为避免或减轻冲刷造成的影响，需采取冲刷补偿措施来保持河道整体形态与河势稳定。

由于本项目管线穿越苗庄河时采用顶管方式，穿河管线供水工程在建成以后，管道均深埋于河床以下，在河道有效行洪断面内不存在阻水部分，不会因阻水部分产生水流对河底产生局部淘刷。

当河道发生洪水时，天然状态下，河底和边坡都会受到水流的冲刷作用，河底以下一定深度范围内受到波及，以致影响埋设于河底以下的管道。

根据本文中水文及冲刷计算数据，苗庄河穿越处一般冲刷深度为0.19m，设计管顶在最大冲刷线以下最小埋深为2.43m，苗庄河发生20年一遇洪水时河道自然状态下的冲刷不会影响到管道，同时管道埋深满足《涉水建设项目防洪与输水影响评价技术规范》（DB37/T3704-2019）中设计洪水冲刷线以下1.5m 的规范埋深要求，更加有力地避免了河道冲刷对埋设于河底的管道产生影响。

4 浅谈对冲刷影响的防治补救措施

就河道冲刷而言，当河道产生一般冲刷时，其补偿措施一般可通过调整建筑物的布置型式、使建筑物布设尽量避开主河槽、对河底进行防护、对岸坡进行衬砌等。就穿河管道工程而论，当穿河未满足规范要求时，则需采取一定的防冲刷补偿措施，如建设齿墙。

水利中的齿墙起防冲连锁作用。齿墙深埋在具有软弱夹泥层的岩基中，是用以保护抗力体不受冲刷的重要工程措施。针对本项目而言，在地下穿河管道受到冲刷时，可根据穿越处地质、上下游河势、管径大小、管道高程及河道断面形状等，确定齿墙在河道内的布设情况。齿墙的布设要满足《涉水建设项目防洪与输水影响评价技术规范》（DB37/T3704-2019）的要求，顶部高程不得高于河底高程，齿墙底部不高于设计洪水冲刷线以下1.5m。齿墙的建设有利于对地下穿河管道进行防护，避免其遭受河槽的冲刷影响，同时还要注意给管道与齿墙留有一定空间，以保证后期的维护工作正常进行。

5 结语

邹城市湖水东调供水管道工程不占用苗庄河有效行洪断面，无需考虑调整管道布置的形式，不存在局部淘刷的影响。该项目穿河管道工程的设计符合现有的规范标准，无需进行冲刷补偿措施。对于受冲刷影响的穿河管道，可以通过布设齿墙来保护管道，齿墙的建设对于以后供水管道工程提供了强有力的支撑，以保证供水管道工程的安全运作■