平凉市新水工程设计咨询有限公司 甘肃省 平凉市 744000
摘要：平凉市城东污水处理厂污水管道项目穿泾河倒虹吸工程位于崆峒区境内，横穿泾河主河槽，防洪标准采用平凉城区50年一遇洪水，倒虹吸管道穿泾河断面处相应设计洪峰流量1931m3/s，依此根据河道实测资料和工程设计，分析建成后倒虹吸管道工程处的壅水、冲刷与淤积、河势以及防洪综合评价，为工程的可行性及安全性提供科学依据。
关键词：污水管道；壅水；冲刷与淤积；防洪评价
1工程概况
该倒虹吸管道工程WA段起点位于WA37倒虹吸井，从南向北先穿泾河右岸河堤，再穿泾河河槽，最后穿泾河左岸河堤及泾河北路，终点位于WB69倒虹吸井，设计双排DN400mm污水用球墨铸铁管，单线长247.5m；WB段起点位于WB234倒虹吸井，从北向南先穿泾河北路及左岸河堤，再穿泾河河槽，最后穿右岸河堤，终点位于WB235倒虹吸井，设计为双排DN600mm污水用球墨铸铁管，单线长254m。
2防洪评价分析计算
2.1水文分析计算
⑴泾河干流设计洪水分析计算：项目区位于泾河干流上游，设计洪水频率计算依据泾河干流平凉、泾川、杨家坪3座水文站实测洪峰流量资料，通过建立上下游同场次洪峰流量相关关系，插补延长3站洪峰流量系列长达68年。各水文站实测洪峰流量系列按年最大值法选样，加入历史调查洪水，平凉站按连续系列、泾川站和杨家坪站按不连续系列进行频率统计分析，用矩法初估统计各参数，采用P—Ⅲ型频率曲线进行适线分析计算，求得3个水文站典型频率对应的设计洪峰流量见表1。
表1项目区水文站设计洪水成果表
由表2可知，两穿河断面处所对应的各典型频率设计洪峰流量相差较小，设计洪水洪峰流量均采用WB234～WB235段设计洪峰流量。
⑶设计洪水水位分析计算：本项目为线型工程，穿泾河段倒虹吸管道为南北方向共横穿泾河2次，根据实地勘察和实测纵横断面资料，确定糙率穿河断面处河床为0.029、比降为4.5‰，采用曼宁公式计算各高程相应水位流量，建立关系曲线，用设计流量反推相应设计洪水位，由此确定两穿河断面处50年一遇设计洪水位分别为1276.09m和1227.37m。
2.2壅水分析计算
本工程未在现状河床护岸上修建阻水壅水构筑物，建成投运时对河道河床及护岸不造成阻水壅水现象。项目区WB234～WB235段下游100m处有1座小型桥梁闫寨桥，根据工程区河堤等级，按50年一遇洪水标准进行过洪能力复核，采用无坎宽顶堰公式计算得闫寨桥下水深为3.72m，桥下净高为6.5m，说明该桥行洪安全，不发生壅水现象。
2.3冲刷与淤积分析计算
⑴冲刷分析计算：采用GB50286—2013《堤防工程设计规范》水流平行于岸坡冲刷深度公式计算，两穿河断面处50年一遇洪水时河道冲刷深度（从深泓线高程起算）分别为1.12m和1.09m。
⑵管道埋置深度计算：根据GB50014—2006《室外排水设计规范》，通过河道的小型倒虹吸管顶距规划河底距离不宜小于1m。由于该穿河堤段顶管套管管径分别为2m和2.4m，管径偏大，另外穿河段已建河堤基础埋深为1.65～2.15m，为了保证顶管在穿河堤段基础时不被破坏，安全埋深取2m。按此标准和上述计算的冲刷深度，管顶埋深应为3.12m和3.09m。
⑶淤积分析计算：本工程位于主河槽以下，在河床及两岸不修建阻水阻砂构筑物，施工结束后，要求全面平整、恢复河道原貌，保证水流正常流动，河道内不会产生淤积现象，不进行淤积计算。
2.4河势影响分析计算
通过对河道历史演变及近期演变情况分析，在天然状况下主要表现为河道平面变化不大，河道纵向稳定性较好，横向稳定性较差。但河道两岸已采用混凝土结构护坡和格宾笼石砌筑块石护坡进行防护，稳定性大幅度提升，河槽不易摆动，洪水在河堤的约束下通过，河道演变趋势整体处在稳定状态。
3防洪综合评价
3.1与现有河道治理工程规划的关系与影响分析评价
本工程布设在行洪河道滩地河床下，该河段河道治理规划都已实施，目前编制的《泾河平凉市城区段综合治理规划》正在论证中，在项目区范围内以河道生态湿地建设和绿化植物种植为主，与地埋式穿河倒虹吸管互不影响。
3.2与现有工程防洪标准、技术要求和管理要求的适应性分析评价
⑴与现有工程防洪标准的适应性：项目区段河堤级别为二级，防洪标准为50年一遇洪水，该倒虹吸管道为小型工程，按照GB50201-2014《防洪标准》规定为20年一遇洪水，低于堤防防洪标准要求，为了与堤防防洪标准相适应，确定防护标准为50年一遇洪水。
⑵设计埋深复核评价：按照冲刷计算，管道顶埋深应在河床深泓线3.12m和3.09m以下，主体工程设计管顶埋深位于深泓线以下5.15m和5.72m以下，均深于分析计算的深度，埋深安全。
⑶泄漏分析评价：本工程设计的管道分别埋置于河床深泓线以下5.15m和5.72m，管道均为承插式橡胶圈止水，下部设置片石护底，其余部分采用360°混凝土包管，泄露可能性小。
⑷运行管理措施分析评价：本工程在运行过程中管道采用1用1备定期轮换使用，严格管理维护，定期冲洗、清通，并在管道进出水口设置控制闸阀，出水口设置应急排污装置，管道运行安全，不会出现污水泄露溢出污染情况。
3.3项目建设对行洪安全的影响分析评价
工程施工完成后全部对施工过程中的围堰、土石堆渣完全平整，恢复河道原貌，保证行洪断面，运行期对河道水位、流速分布无影响，对行洪亦无影响。
3.4对河势稳定的影响分析评价
项目区泾河干流两岸堤防已建，河道采砂活动已禁，河流水向水势基本固定，穿河段倒虹吸管道位于主河槽以下，在河道内不增加阻水、导水建筑物，水流的流态不会因为倒虹吸管道工程的建设而发生改变，对河势的稳定不会产生影响。
3.5对现有河堤、护岸工程设施影响分析评价
本工程穿越河堤段采用外加套管机械顶管技术，设计套管顶部远离河堤基础，纵向远离河堤堤脚，均位于建筑物规定的安全距离之外，不会影响或挖毁破坏现状河堤基础及护岸；但管道敷设时需从主河床穿过，管沟开挖回填对河床的安全会造成影响，需要施工中采取安全防护和修复措施，施工结束后及时回填河床，回填砂砾压实系数不小于0.62。
3.6对防汛抢险影响分析评价
本工程位于河道深泓线以下稳定层中，堤防两侧均为抢险通道，拟建项目在非汛期施工，主体工程施工和临时建筑物的布设不会对防汛抢险造成影响。但项目施工必须制定科学的导截流方案，保证施工期导流行洪，防止河道水流淹没基坑，及时注意河道管理和防汛部门的调度信息，防止秋末雨洪和上游水库因故泄洪泄水而造成淹没冲毁等。
3.7对第三者合法权益的影响分析评价
本工程沿线无取用水工程，该工程建设不影响第三者合法水事权益；工程施工占用的临时性场地均在河滩内，不占用耕地或林地等；WB234～WB235段倒虹吸管道位于闫寨桥上游100m处，工程施工中横向扰动河床宽度为15m，不会对该桥产生安全影响；施工中产生噪音和施工运输产生粉尘污染，对两岸企业和居民产生影响，只要注意尽量白天施工，运输中注意防护，对企业和居民不会造成大的影响。
3.8对环境的影响分析评价
工程施工中河床开挖回填局部破坏地表会产生水土流失，生产生活污水倾倒会加重河水污染等，会对空气、水和土壤环境造成影响；施工管理要严格按照施工组织方案，采取安全防护措施，避免对当地环境和水体造成污染。
4工程防治与补救措施
4.1项目施工对植被土体影响的防治措施
在施工时对工程所开挖、回填的土层裸露面要及时加固，工程完工后应迅速实现弃土区、开挖区、边坡等的植被覆盖，及时处理好施工弃渣，清理施工现场，恢复河道原貌，防止水土流失。
4.2项目施工对河道水体的防治措施
在施工期间，严禁将施工中的废水、废料排入河流，施工人员的生活污水及生活垃圾要集中处理后选择合适的场地统一排放，以免对河流水体造成污染。
4.3项目施工对河道堤防安全的防治措施
⑴顶管施工过程中要严格掌握深度和角度，防止上漂偏移等造成河堤护岸受损，随时注意上下游堤防基础，防止出现坍塌。
⑵倒虹吸施工完成后采用M10水泥砂浆砌预制混凝土砌块封堵外套管管口，防止主河槽浅层地下水进入套管内，保证堤身基础稳定。
⑶在浇筑包管混凝土过程中，施工伸缩缝采用铜止水和橡胶止水措施。
⑷将工程区上下游50m范围划定为保护区，设立标志桩和警示牌。
4.4降低对河道行洪、防洪影响的措施
施工过程中应与当地水行政主管部门、防汛部门密切配合，制定切实可行的导截流方案，并严格按照制定导截流方案组织施工，保证工程质量和安全施工的技术措施，并注意接收河道管理和防汛部门的水调度信息，恢复河道行洪断面。
4.5防止河势变化影响的措施
工程施工在管道填埋回填过程中，要分层碾压回填，每层铺填厚度不大于0.5m，采用12T振动碾碾压3～4遍，使填筑层相对密度大于0.62。
5结论与建议
5.1结论
⑴本工程为小型市政工程，主体工程设计防洪标准为20年一遇洪水，但低于项目区堤防工程50年一遇洪水设防标准，为了与现状堤防工程设防标准相适应，确定工程防洪标准为50年一遇洪水。
⑵根据确定的50年一遇洪水洪峰流量，计算的两条穿河断面处设计洪水位为1276.09m和1227.37m，冲刷深度分别为1.12m和1.09m，最小埋置深度分别为深泓线以下3.12m和3.09m，主体工程设计管顶埋深位于深泓线以下5.15m和5.72m，均深于分析计算的深度，埋深安全。
⑶工程区河道演变趋于稳定，泾河水景规划与本项目互不影响，设置的排水应急措施满足工程运行需求，不影响河道防汛抢险，不影响第三者合法水事权益。
⑷施工时基坑大开挖对河床稳定会造成局部影响；施工中产生的噪音、粉尘污染、生活污水等，会对空气、水和土壤环境和两岸企业及居民产生影响。
5.2建议
⑴缩窄管道基础宽度，减小基坑开挖宽度，降低工程量和河道扰动量；砼包管施工伸缩缝应采用铜止水和橡胶止水，并提高混凝土包管等级，加入抗冻剂和速凝剂。
⑵切实按照工程设计和施工组织设计布设施工营地和施工场地，基坑回填要分层碾压，每层铺填厚度不大于0.5m，采用12T振动碾碾压3～4遍，使填筑层压实系数大于0.62。
⑶落实好施工过程中弃土弃渣、施工垃圾和油污等影响河流安全和水质安全的防护措施。
⑷做好道路安全防护，及时办理施工许可手续,签订施工场地弃土弃渣、植被恢复等方面的协议，维护好施工场地生态环境和工作环境。
⑸主体工程完工后，设立标志碑和警示牌，划定污水管道保护区域，并在市水务局河道管理站建立技术档案。在建成后的3～5年内，定期观测工程区断面上下游河岸、堤防的安全状况，观测河底冲淤变化，分析河势演变趋势，确保工程和河道行洪安全。
参考文献
[1]GB50201—2014《防洪标准》.
[2]GB50286—2013《堤防工程设计规范》.
[3]平凉市新水工程设计咨询有限公司.平凉市城东污水处理厂污水管道工程（二期）项目穿泾河倒虹吸工程防洪评价报告.
作者简介
陈永强（1988-），男，大学学士，工程师，从事水利工程勘测规划设计工作。
论文作者:陈永强
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/4
标签：河道论文; 工程论文; 河堤论文; 洪水论文; 河床论文; 管道论文; 堤防论文; 《防护工程》2019年第4期论文;