水利工程论文-南水北调中线河北省北段工程设计.doc

水利工程论文-南水北调中线河北省北段工程设计摘要：南水北调中线工程是一项跨流域、跨首市的特大型调水工程。2002年12月，国务院批复南水北调总体规划，南水北调中线工程由规划阶段转入了实施阶段，明确中线一期工程年均调水规模为95亿m3。为保证实现国务院提出的南水北调中线一期工程2010年通水至京、津的目标，水利部2003年南水北调工程前期工作会议确定了中线一期工程2003年的前期工作重点和年内开工的项目，河北省石家庄市以北段列为首批开工项目之一。工程建成后，可以为北京市在2008年以前采取其他途径应急调水创造条件。介绍了南水北调中线河北省北段工程设计概况。关键词：南水北调工程设计布置建筑物1前言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，输水总干渠全长1267km，其中河北省渠段由冀豫交界处的漳河北始至冀京边界处的北拒马河中支南止，渠长462.36km。河北省北段工程自石家庄古运河枢纽至北拒马河中支南，途径石家庄市保定市11个市县，干渠长227.15km，其中渠道长200.06km，建筑物总长27.09km；各类建筑物314座。2水文气象南水北调中线总干渠沿太行山东麓与京广铁路之间的浅山丘陵或山前平螈北行，沿途与子牙河和大清河系的92条大小河流及26片坡水区交叉。所经区域地理位置为东经1142511547，北纬38063930，大体为南北向狭长地带，西侧为太行山迎风山区，东侧为山前平原或坡水区。所在地区属暖温带半湿润地区，受季风控制，四季分明，历年冬夏季较长，春秋季较短。渠段沿线同期气温南北差异不大，多年平均气温为13.011.7。多年平均降雨量沿线变化规律不明显，变化范围为468552mm，多年平均水面蒸发量为15121928mm。沿线冬春季盛行西北风，夏季多东南风，最大风速1618m/s，风向为北风或西北风。西侧太行山浅山区为华北地区暴雨多发区，尤以保定段西侧的大清河浅山区是暴雨中心和暴雨高值区。由于华北地区降雨及径流年内分配不均匀和水库拦蓄作用，与总干渠交叉的绝大部分河道常年断流，汛期暴雨洪水集中，大小河流洪水相继穿越总干渠流向平原地区，部分渠段因特殊地形及河道发育特点，常发生河道主槽游荡和相邻河流洪水漫溢串流。3工程地质干渠位于太行山东麓与华北平原的接壤地带。输水总干渠所经范围内地形总体上呈西高东低之势，南部处于平缓区，北部处于丘陵区，地形最高点地面高程450.0m，地形最低点地面高程45.0m，相对高差400m。地表多被第四系地层覆盖，长213.606km，占北段渠段总长的94.7%；基岩段长度11.904km，占5.3%。基岩的地层岩性主要有太古界阜平群片麻岩；上元古界蓟县系雾迷山组、铁岭组；青白口系下马岭组、景儿峪组；古生界寒武系馒头组、毛庄组、徐庄组、张夏组；奥陶系冶里组、亮甲山组、马家沟组；石炭系本溪组等部分碳酸岩、碎悄岩、粘土岩。第四系松散地层中更新统中下段以泥砾为主，上更新统以黄土状壤土及碎石土为主，全新统主要为粘性土、碎石土及砂性土。丘陵区局部出露燕山期岩浆岩。渠段地下水有孔隙水、裂隙水、岩溶裂隙水3种类型。孔隙水赋存于第四系松散岩层，大型河流的河床地下水一般埋深2-10m，一、二级阶地及部分倾斜平原渠段地下水埋深10m以下。裂隙水、岩深裂隙水赋存于砂岩、砾岩及可深的白云岩、灰岩中，一般埋深较大，地下水位总体呈逐年下降的趋势。主要物理地质现象有冲沟、坝塌、岩深等，但规模均较小，对工程无影响。4渠道总体布置南水北调中线工程总于渠为I等工程，渠道及其交叉建筑物的主要构筑物为1级建筑物，次要构筑物为3级建筑物。渠道防洪标准为50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核；流域面积大于20km2的河道，其交叉建筑物的防洪标准按100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核；坡水区和流域面积小于20km2的河沟，建筑物的防洪标准按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。始末端设计流量分别为170m2/s和50m3/s。起止点设计水位分别为76.407m和60.300m。渠道纵坡大部分在1/25000-1/20000之间。渠道横断为梯形断面，按不同地形条件，分全挖、全填、半挖半填3种构筑方式，其长度分别为82km、14km、和102km。全挖方渠段，在安全超高所相应的高程处设5m宽的一级马道，以上每增高6m增设一级马道，上口外设林带、左侧防洪堤和截洪排水沟。全填方渠段堤顶高程与堤宽的确定与全挖方渠段一级马道相同，在填方较高地段，两堤外坡自堤顶以下每6m设置一条马道，堤脚处设置截洪排洪沟和林带。半填半挖渠道同全填方渠段。渠道设计水深6.0-3.8m，边坡系数土渠段2.0-3.0、石渠段0.7-1.5，底宽24-7m，综合糙率0.015。渠道采用全断面混凝土衬砌，在强渗漏、全填方、及煤矿区等特殊渠段，在混凝土衬砌板下铺设二布一膜复合土工膜加强防渗。渠道在有冻胀渠段采用聚苯乙烯泡沫保温板或置换砂砾料防冻胀。干渠运行维护道路设于右侧的一级马道或堤顶，按四级公路设计，沥青混凝土路面净宽3.5m，在穿越大型河流、铁路、隧洞等建筑物处，改为渠外绕行。5建筑物设计总干渠共布设各类建筑物314座。其中隧洞工程7座；大型河渠交叉建筑物23座；左岸排水建筑物96座；渠渠交叉建筑物34座；路渠交叉建筑物121处，控制工程33处。51隧洞隧洞总长9597m，共7座。其中洞身段长8626m。除西市隧洞为单洞室布置外，其余均为双洞室结构。洞身断面为无压马蹄形和无压圆拱直墙形。单洞底宽为6.6-7.8m，洞高为6.77-8.62m。洞身段II、III类围岩采用锚喷支护加局部减糙衬砌，IV、V类围岩和破碎带采用钢筋混凝土全断面衬砌。52河渠交叉建筑物总干渠共有河渠交叉建筑物23座，按照交叉位置的地形条件及河、渠底高程与水位关系确定交叉工程的穿越方式分为：梁（拱）式渡槽4座；涵洞式渡槽2座；渠道倒虹吸12座；暗渠2座；排洪涵洞2座；河倒虹吸1座。（1）4座梁（拱）式渡槽总长3216m，其中槽身段长1980m。漕河渡槽采用梁、拱两种结构，其余均为板梁式结构。桁架拱结构单跨跨度为60m，板梁式20-25m。槽身采用矩形断面多槽布置。放水河渡漕为4槽，其余均为双槽。单槽底宽5.8-10m，墙高4.7-5.0m。渡槽下部结构采用扩基墩台或桩基墩台，桩径1.2-2.0m。（2）2座涵洞式渡槽总长450m，其中槽身段长202m。上部槽身采用双槽矩形断面，尺寸分别为11.5m4.7m和6.5m4.6m。下部为行洪涵洞，采用多孔矩形箱涵结构，孔径、孔数和洞身长度分别为4.2m4.2m24孔28.9m和4.4m4.0m18孔16.6m。（3）12座渠道倒虹吸总长12923m，其中管身段长7274m。倒虹吸管身段采用多孔矩形箱涵结构，界河倒虹吸为2孔两联，其余为3孔一联布置。单孔宽为4.0-6.0m，高为4.1-6.6m。所有倒虹吸均采用深埋方案，管顶埋深在河道设计冲刷线以下0.5m。对一般河道，管顶行洪口门采用导流堤形式与河道连接；对大型宽浅河道，为适应沿滩地段总干渠左堤横向水流比较大、流速高的特点，该处口门采用梨形裹头进行连接，口门另一侧采用圆形裹头形式防护和连接。（4）2座暗渠总长785m，采用3孔一联矩形箱涵结构，单孔宽6.6m，高6.8m。（5）2座排洪涵洞总长202.1m，采用6孔两联和9孔三联的箱涵结构，单孔尺寸3.9m3.9m和3.8m4.5m。（6）1座河倒虹吸为箱型倒虹吸，管身段为76m，采用6孔两联的箱涵结构，单孔尺寸为4.0m4.0m。53左岸排水建筑物设置左岸排水建筑物96座，其中排水渡槽26座，上部槽身为矩形断面，1-6孔，单孔宽3.5-13m，侧墙高1.3-4.9m，单跨长度为10-26m，槽身总长30-100m。槽身结构采用多侧墙矩形槽和多纵梁矩形槽两种形式，部分主梁采用预应力混凝土结构。下部结构采用重力墩，荷载较小者采用排架支承结构。排水倒虹吸及排水涵洞70座，管身为钢筋混凝土单联箱形结构，孔数1-4孔，最大断面尺寸4.6m4.6m。管身长75-155m，每节长度10-20m。54渠渠交叉建筑物设置渠渠交叉建筑物34座，其中灌渠渡槽14座，槽身段为简支结构，跨数2-7跨，跨度10.5-20.6m。上部结构采用矩形槽或U形槽两种型式。矩形槽断面为3.3m2m1.15m0.79m，U形槽断面为2.3m2m1.3m0.9m。支承结构采用肋拱、排架柱或重力墩结构。排架柱高度为3.5-19.6m，重力墩高度为7.28-8.88m，边墩采用浆砌石重力墩。肋拱结构为单跨，跨度分别为54m、75.8m，矢高为11.25m和15.12m。基础采用钢筋混凝土扩大基础，结构尺寸为5.64m2.6m0.5m3.2m2.0m0.5m。55控制工程设置控制工程33座，其中节制闸12座，一般布置在渡槽或隧洞的进口，或倒虹吸的出口。退水闸7座，结合大型河渠交叉建筑物布置。闸室长度为11.5-17.5m，孔数为1-2孔。单孔宽度为3-7m。分水闸闸室长度为10-13m，孔数为1-2孔。单孔宽度为1.5-5.5m；分水泵站规模大于4m3/s的选用双吸离心泵，小于2m3/s的选用潜水泵，每台泵站的装机台数为3-7台。56公路、铁路交叉建筑物设置公路桥118座，公路桥上部梁体结构以装配式预应力混凝土T形梁、I型组合梁结构为主，单桥桥长在50-150m之间，单孔跨径分别采用20m、25m、30m、35m、40m。行车道宽以净7和净4.5为主，少数为2净11.5和2净9.75。桥面净宽为4.5m的公路桥采用单柱式墩，桥面宽度较大的采用四柱式墩。柱体直径为100-180cm。基础型式采用阶梯状扩大基础和钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩基础多采用一柱一桩，桩基断面采用圆形，直径为100-200cm。3座铁路桥墩，桥长分别为74.2m、73.12m、98.2m，均为3孔。桥梁上部结构为预应力混凝土简支梁。下部墩桩为钢筋混凝土圆形桥墩，基础采用扩大基础，两端设置耳墙式桥台。57金属结构干渠上涉及金属结构设备的各类建筑物共计60座。工作闸门均采用平面钢闸门，闸门高度大于5m的检修闸门均采用叠梁钢闸门，闸门高度小于5m的检修闸门均采用平面钢闸门或铸铁闸门。工作闸门启闭机均采用液压式启闭机，检修闸门启闭机均采用移动式电动葫芦或手、电两用螺杆式启闭机。金属结构设备共计门（栅）槽228孔，闸门159扇，栏污栅11扇，启闭机142台。闸门、埋件和启闭设备等重约2921t，防腐面积约51200m2。58检修排水与闸水防冰冻为避免冬季运行时结冰对钢闸门形成危害，节制闸、退水闸、分水闸及应急供水闸的工作闸门前均设置钢闸门防冰冻系统。防冰冻措施采用压力水射流法，即利用潜水泵产生由下而上的射流，使水面在一定范围内产生扰动，从而防止水面结冰。59供配电系统工程负荷点多、线路长、要求供电可靠性高，供电系统利用3个35kV中心开关站，由此引出2回35kV线路向干渠的上