穿河倒虹吸大型工程施工导流方案优化设计实例.docVIP

穿河倒虹吸大型工程施工导流方案优化设计实例 　　【摘要】根据相应施工防洪标准，对河床水流和明渠水流进行正确的分析计算，确定导流渠（或束窄河床）最佳过水断面尺寸，并结合现场实际情况，考虑经济指标，多方案对比论证，修正明渠断面，最终可确定经济适用导流渠断面及挡水围堰高程，既能满足防洪安全要求，又充分利用了现场条件，可降低工程成本，且效果明显。 　　【关键词】穿河，大型工程，施工导流，方案优化。 　　一、引言 　　施工导流的方案的优劣，对工程能否顺利施工，达到预期的目的有很大的关系，因此，施工导流方案应反映出适应施工条件的能力和满足工程设计、施工进度及施工方法、施工场地布置以及工程造价要求的程度。 　　二、工程简介 　　本工程案例为南水北调中线干渠穿越瀑河倒虹吸大型工程，该工程导流设计标准采用招标文件规定，设计洪水采用枯水期（9月1日～次年6月30日）5年一遇标准，确定导流设计流量为14.0m3/s，设计水位为54.01m。 　　度汛设计标准采用招标文件规定：20年一遇洪水，设计洪峰流量为1034m3/s，设计水位57.57m。 　　A河主河床宽30～50m，河床底高程52.8～54.2m，左岸一级阶地高出河床2～3m，地面高程58.5～60.0m，二级阶地前缘高出河床约3～5m，地面高程58.5～60.0m，呈陡坎状，右岸广泛分布黄土状壤土，冲沟较为发育，沟宽一般15～35m，深2～5m，局部出现岩质孤丘。 　　三、导流施工总体规划 　　本工程跨越2个汛期，为保证工程质量和安全，根据工程布置、地形、地貌和水文条件，采用分期施工导流方式，I期Ⅱ期选定枯水期施工、汛期停工撤场的施工方案。 　　第一个枯水期（2006年汛期前）进行出口侧施工，由于本期施工段坐落于二级阶地上，地面高程58.5～60.0m，高于枯水期5年一遇标准防洪设计水位（54.01m）4.49～5.99m，不需导流。 　　第二个枯水期（2006年汛后～2007年汛前）进行进口侧施工，选定枯水期全断面围堰挡水断流并开挖导流明渠进行导流施工，明渠位置见瀑河渠道倒虹吸施工平面布置图，进口渠底高程为53m。明渠总长870m，渠底纵坡坡降采用i=1.5‰。 　　3.1导流明渠方案优化设计 　　3.1.1二期施工导流明渠断面设计 　　（1）梯形断面明渠水力最佳断面水深计算 　　水力最佳断面指断面面积一定而通过流量最大的断面。 　　最佳断面水深 m=2 　　Q――流量，取14.0m3/s；n――糙率；取0.03；m――边坡系数，取1.5；i――渠底比降，设为1.5‰。 　　求得最佳断面水深h0=2.2m 　　（2）梯形明渠水力最佳断面计算 　　梯形明渠水力最佳断面宽深比为： 　　求得梯形明渠水力最佳断面底宽为b0=β*h0=1.33m 　　（3）梯形明渠实用断面计算 　　为充分利用现场条件，降低工程造价，可对明渠断面面积进行适当调整，当实际设计过水断面较水力最佳断面面积减小2%至增加4%时，导流流速在增加2%至减少4%范围内，在此范围内仍可认为基本符合水力最佳条件。 　　当流量Q、明渠底坡纵坡坡降i、糙率n及边坡系数m为定值时，某一断面与水力最佳断面之间的关系为： 　　式中a――表示实用经济断面对水力最佳断面偏离程度的系数，一般采用1.00～1.04； 　　h0、A0、R0、v0、――分别为最佳水力断面的水深、过水断面面积、水力半径、流速； 　　h、A、R、v、――分别为实用断面的水深、过水断面面积、水力半径、流速； 　　拟定a=1.00、1.01、1.02、1.03、1.04，根据以上公式分别求出五组h、b、v值如下： 　　根据上表绘制渠道水力参数底宽（m）、水深（m）、流速（m/s）与偏离系数a的关系曲线如下： 　　由于明渠布置在左岸二级阶地上，主渠段需开挖深度为5m左右，如渠底太宽，开挖量较大，如渠底太窄，将造成水深加大，则会相应加大上游围堰填筑方量，综合考虑挖填方工程造价，并分析施工现场右侧二级阶地（或主河床右岸）高程为56.5m，考虑围堰安全超高等因素，确定采用渠底宽度为4.5m，渠内正常水深为1.5m，渠水流速为0.97m/s。开挖工程量和围堰填筑工程量都较低，渠内水流流速符合防冲要求。 　　3.1.2 明渠冲刷防护措施 　　分期导流的河水，从明渠入口起水流流速急剧增加，可能淘刷渠底及渠坡。经以上计算确定明渠通过设计洪水流量时水流流速为1.36m/s，利用现场基坑施工挖出的卵石（粒径20～70mm）对渠底和渠坡进行防护，可抵抗流速为1.5m/s以上的流水冲刷。 　　3.2上下游围堰及纵向围堰 　　1、上游横向段围堰 　　上游壅高水深计算 　　缓坡明渠近似计算按淹没宽顶堰公式 　　式中Z――