南水北调中线吴洼东沟排水倒虹吸设计.pdf
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1、 8 水 利 水 电工 程 设 计D WR H E 2 0 1 1 年 第 3 O卷 第 1 期 南水北调中线吴洼东沟排水倒虹吸设计 刘 正 军 赵 国杰 陈 浩 摘 要通过对吴洼东 沟排水倒虹吸水力计算结果 与模 型试验结果 的对 比,表 明所采用 的水力计 算方法合理 ,计算 结果 可靠。采用 S A P 2 0 0 0和 A N S Y S两种 方 法对 管 身段 的结构 进 行 计算 ,结 果 表 明 两种 方 法 计算 结 果 基本 相 近 , S A P 2 0 0 0计算结果 略大, 内力趋势基本 相同。通过计 算发 现本工程 温度 对弯矩 的影响幅度小 于 1 0 ,吴洼 东沟
2、排水 倒虹 吸设计具有一定 的代表性 ,值得类似工程参考。 关键词 倒虹 吸 模型试验S A P 2 0 0 0 A N S Y S 结构计算 南水北调 中线工程 中图分类号T V 6 7 2 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 6 9 8 0 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 0 8 0 4 南水北调中线工程南起湖北省丹江 口水库 ,北 至北京市颐和园的团城湖 。其中鲁山 2段工程范围 为 T S 2 2 9 +2 1 1 一T S 2 3 9 +0 3 1 ,位于 河 南省 平 顶 山 市 境 内,渠道上游与鲁山 1 段相接 ,下游与鲁山北段 相连 ,分段设计流量 3 2
3、0 m 3 s ,加大流量 3 8 0 m s 。 鲁山 2段工程沿线共布置 3 座左岸排水建筑物 ,均 为排水倒虹吸型式。其中吴洼东沟排水倒虹吸位于 河南省鲁山县吴洼村南约 1 8 0 m处 ,交于南水北调 中线总干渠桩号 T S 2 3 3+5 9 8 0处 。其任务是将 洪 水从总干渠的左侧安全地泄往右侧 ,确保总干渠安 全通 过 ,此外 吴洼 东沟 排水倒 虹 吸还 承担 昭平 台南 干渠 的退水任务。 1 工 程 地 质 场地 区地表为上更新统 冲积层 ( a l Q ) 覆盖 ,下 伏基岩为上第三系( N ) 黏土岩、砂岩、砂砾岩 ,基 岩埋深 8 51 5 0 m。第 四系上更新
4、 统 ( a l Q ) 自上 而下 主要 由粉 质壤 土 、粉 质黏 土 、粗砂 及粉 土质砾 组成 。粉质壤土层厚 1 5 m左右 ,分 布于地表 ;粉 质黏土分布稳定 ,厚 7 01 5 0 m,底板高程 1 1 8 1 2 9 m;粗砂层厚 1 0 m左右 ,呈透镜状分布 于粉 质黏土层下部 ;粉土质砾层厚 23 m,位 于粉质 黏土层下部。勘探深度内基岩主要 由黏土岩及砂砾 岩组成 ,局部夹砂岩薄层 ,黏土岩层厚一般 3 5 1 5 0 m,砂砾岩层厚 1 4 m 。管身坐落在粉质黏土 层上 ,工程 地质条件较好 ,但粉质黏土具 弱膨胀 性 ,应 注意 防护 。 2 工 程 总 体
5、布 置 吴洼东沟工程主要建筑物由进 口至出口依次为: 验认为降低 7 一1 5 较为合适 。如果按这个标准来衡量 的 话 ,枢纽布置 IA推荐 的三期 一4 方案就不成立 。在这样 的条件下 ,方案 比选 的说服力不够 ,推荐方案值得商榷 。 4 3 参与 比选 的方 案尽量精简 ,并非越 多越好 就枢纽布置 IA来 说 ,总共 提 出了 8个 分期 导流及 临时通航方 案 ,实际可 以精 简。 比如说 三期 一3方 案和 三 期 一 4方 案 ,两方 案基本 类似 ,三期 一3方案 没任何 优势 , 参 与比选意义不 大 ;三期 一1 方案相对于三期 一2方案也 是 如此 ;四期方案 就更不
6、必说 ,工期 长了 2 8个月 ,还有 比选 的必要 吗?所以笔者 认为方 案应符 合一定 的条 件 ,如通 航 基本 可行 、度汛 基本安全 、工期相 对较 短、导流 投资 相对 较小等才能参与 比选 ,并非越多越好。 4 4方案比选研究思路及成果可供类似工程借鉴 尽管工程还未开工 建设 ,但 从方 案 比选 成果来 看 ,还 是有许多地方值得类似工程借鉴 。 ( 1 )有通航要求的河 道 ,一期 施工 期应尽 量采 取主河 槽通航 ,确保通航水 力条件满 足施工 期临 时通航 要求 ;二 期或三期则利用永久船 闸临时通航 。 ( 2 )根据枢纽布置特 点 ,为尽 可能 提前发 电及 利用永
7、 久船 闸临时通航 ,一 期选择在 同一基 坑 内围护 厂房 、船 闸 及 泄洪闸等建 筑物 为最 优施 工方 案 ,条 件允 许 的情 况下 , 枢纽布置应尽可能朝这个 方向调整。 ( 3 )坝址上下游 已有桥梁横跨左右岸及洲 岛的情况下 , 施 工期 通航 应维持原 主通 航孔通 航 ,方能有 效避免 桥 区通 航安全问题 。 ( 4 )库 区有 防洪堤垸 的,必须严格控制上游 库区水位 , 施工宜选择过水 围堰 方案 ,枯期 围堰挡 水施 工 ,汛期 基坑 过水度汛 。 作者简介 虞 东亮 男 高级工程 师 中国水 电顾 问集 团中南勘测 设 计研究院 湖南长沙4 1 0 0 1 4 (
8、 收 稿 日期2 O l O一1 13 0 ) 刘正军等 南 水 北 调 中 线 吴 洼 东 沟 排 水 倒 虹 吸 设 计 上游河沟防护段 、进 口渐变段、倒虹吸管身段 、出 口渐变段 、下游河沟防护段等,其中上游河沟防护 段及进 口渐变段统称上游连接段 ,下游河沟防护段 及出口渐变段统称下游连接段 。建筑物水平投影总 长 1 9 7 0 9 0 m,其 中 进 出 口渐 变 段 采 用 圆 弧 挡 墙 , 涵洞 进 口前 不 设 沉 沙 池 ,出 口段 不 设 消 力 池 ,进 、 出 口均不 设 闸 。 2 1 进 口渐 变段 进 口渐变段长 4 8 1 0 m。吴洼东沟进 口沟底 高
9、程为 1 3 4 8 0 0 m,拟定倒虹吸进 口底高程为 1 2 8 7 0 0 m,设置一斜坡段来连接河沟与倒 虹吸,斜坡段坡 比为 1 : 5 ,斜坡段长 3 0 5 0 m。进 口平坡段长 1 7 6 0 m,底高程 为 1 2 8 7 0 0 m。两侧挡 土墙采 用扶臂式 圆弧翼墙 ,圆弧半径 1 7 6 0 m,圆弧中心角 9 0 。 。挡 土墙墙顶 高程与胸墙 齐平 ,为 2 0 0年一遇水 位加 0 4 m,挡土墙挡 2 0 0年一遇水位可 以防止进 口水 流对总干渠堤身 的淘刷 ,同时可 以缩短管身长度 , 从 而减 小 工程 量 。 2 2 倒虹吸管身段 倒虹吸管身 段为
10、2孔 3 2 m3 2 m箱 型 C 3 0 钢筋混凝土管 ,两孔一联共一联 。倒虹吸管身水平 投影长 9 9 3 9 0 r n ,由进 口斜管段 、水平管身段 、出 口斜管段组成。进 口斜管段 、出口斜管段位于粉质 黏土地层上,水平管身段位于砂砾岩上 。 倒虹吸各管节间设沉陷缝 ,分缝处管壁厚度加 厚作为倒虹吸截渗环 ,并有利于缝间止水施工。沉 陷缝采用平接型式 ,缝内设 2层橡胶止水带 ,内填 闭孔泡沫塑料板 ,以适应地基不均匀沉陷及温度变 化引起 的管身变形。为了防止穿过河沟的总干渠渠 底产生不均匀沉降 ,在倒虹吸管顶铺设 3层土工格 栅。为了满足在总干渠正常运行条件下有效截断 内 水
11、外渗渗漏通道 ,减少水量损失 ,并防止不满足输 水 要求 的外水 进人 渠道 ,在 倒虹 吸管 进 出 口斜 坡段 填土 比较高的适 当部位设置 4 r n 厚 的截渗齿墙。 2 3 出 口渐变 段 出 口渐 变 段 长 2 9 6 0 0 m 。平 坡 段 长 1 2 6 0 0 m, 底高程为 1 2 7 2 0 m,底板采用厚 5 0 c m的 C 2 5混凝 土护砌 ,下铺 2 0(3 1 11 级配砂砾料和 1 层土工布。两 侧 挡土 墙 采 用 悬 臂 式 圆 弧 翼 墙 ,圆 弧 半 径 1 2 6 0 0 m,圆弧中心角 9 0 。 。挡土墙墙顶 高程与胸墙齐平。 挡 土墙 内
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