引黃聯(lián)接段工程輸水管道防護(hù)設(shè)計(jì)

引黃聯(lián)接段工程輸水管道防護(hù)設(shè)計(jì)

1生活用水及排水系統(tǒng)萬(wàn)家寨引水工程是山西省西北部的一個(gè)大型引水工程。萬(wàn)家寨水庫(kù)位于山西省西北部，由五個(gè)部分組成：主指揮工程、主軸線、北干線、南干線和供電段。輸送線路總長(zhǎng)452公里。它承擔(dān)著將太原、大同和平朔地區(qū)的工業(yè)和城市生活用水的任務(wù)。聯(lián)接段從汾河水庫(kù)取水,至太原呼延水廠,全線地形總落差近200m,長(zhǎng)58.15km,全部采用PCCP(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管)輸水。管道主要埋設(shè)在汾河一級(jí)階地及漫灘,少量在二級(jí)階地及山腳基巖內(nèi)。管線要穿越婁煩縣、古交市的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊、廠礦企業(yè),穿越太—古—嵐鐵路、太佳公路、婁梭公路多處。要避開古交供水管線、尖山鐵礦精礦粉管線、污水管、煤氣管、電纜光纜等。由于地形地物較復(fù)雜,輸水管線要按照盡量減少交叉干擾的原則,在汾河兩岸交錯(cuò)布置。盡管對(duì)輸水線路進(jìn)行了多次優(yōu)化調(diào)整,但還是不可避免地要多次穿越汾河主河道,最終共穿越11次,總長(zhǎng)2.352km。2河道變遷的原因管道穿河與穿越點(diǎn)的河床演變有著密切聯(lián)系,由于管道處于水下的特殊環(huán)境,河床的垂向與橫向沖淤幅度變化往往成為分析的必要條件,所以研究河床演變規(guī)律是確保管線安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的重要途徑。河床演變是指河道在自然情況下或受人工干擾時(shí)河床形態(tài)發(fā)生的變化,是水流和河床相互作用的結(jié)果。河床影響水流結(jié)構(gòu),水流促使河床變化,兩者相互依存、相互制約,推動(dòng)著河流不斷變化發(fā)展?？梢娝魇呛哟惭葑冞^(guò)程的動(dòng)力,泥沙搬運(yùn)是河床演變的實(shí)質(zhì)內(nèi)容,而輸沙不平衡又引起淤積或沖刷,造成河床變形。根據(jù)河流河床演變的不同特點(diǎn)把河流分為山區(qū)、山前區(qū)、平原區(qū)河流等,分析研究其變化的共性和特性可合理確定穿越點(diǎn)的位置和深度。3大跨水體施工的設(shè)計(jì)要點(diǎn)管道穿河工程水工保護(hù)的設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面:一是管道埋設(shè)基本施工依據(jù)的設(shè)計(jì),即當(dāng)管線進(jìn)行初步埋設(shè)設(shè)計(jì)要考慮安全埋深、穿河位置的選擇、穿河形式等方面的問(wèn)題;二是已完成施工處于運(yùn)行狀態(tài)的穿河管道出現(xiàn)工程危險(xiǎn)時(shí)的水工防護(hù)設(shè)計(jì),主要考慮護(hù)管還是護(hù)岸(護(hù)底)、具體措施選擇、工程布置等。3.1沖淤變化影響因素分析河床沖刷和淤積變化的特征。變化幅度的大小直接影響到穿越管道的鋪設(shè)和安全。分析穿越河段河床沖淤變化的規(guī)律,判斷工程期間河床最大沖刷深度是合理確定管線埋深和穩(wěn)定措施的主要依據(jù),也是穿越勘察工作的重點(diǎn)。河床沖淤變化是一種極為復(fù)雜的客觀現(xiàn)象,影響因素很多、要精確分析其變化是相當(dāng)困難的,現(xiàn)在工程中常從天然河道的水文資料、公式計(jì)算、工程地質(zhì)三方面來(lái)分析。利用天然河道水文資料分析河段沖淤變化總規(guī)律和一般趨勢(shì),但不能說(shuō)明其具體特征,還需要利用公式計(jì)算。一般采用橋渡建筑物附近的沖刷公式來(lái)計(jì)算,因其影響因素眾多,所以其計(jì)算結(jié)果的局限性是顯而易見的,必須結(jié)合河床沖積地層的地質(zhì)情況綜合分析,最終確定河床的淤積變幅和最大的沖刷深度。3.2河段的選擇原則穿越管道工程的最佳方案關(guān)鍵在于穿越點(diǎn)的位置選擇,選點(diǎn)不合理常導(dǎo)致穿越管道處理困難,耗資巨大,甚至導(dǎo)致管道損壞斷裂。其選擇取決于河流的特性、水文地質(zhì)狀況、施工條件和技術(shù)及其他水工構(gòu)筑等多種因素,一般要符合以下要求:符合線路走向;要求河段自然邊界條件基本固定,主河槽較穩(wěn)定,河道順直;河床的橫斷面較規(guī)則,以單一對(duì)稱的“U”字形河床為宜;從河床縱斷面看以逆坡段較好;穿越點(diǎn)處施工容易,兩岸具有較寬闊的施工場(chǎng)地的河段;急流、河灘、深槽、泥石流沉積區(qū)均不得作為穿越點(diǎn)的位置。3.3做好穩(wěn)管防護(hù)措施水下管線有三種鋪設(shè)形式:裸露鋪設(shè)、溝埋鋪設(shè)和無(wú)溝鋪設(shè)。裸露鋪設(shè)是指管線直接鋪設(shè)在河床上,不需開挖水下管溝,施工設(shè)備和技術(shù)簡(jiǎn)單易行,但受力條件復(fù)雜,安全性差,要有相應(yīng)的穩(wěn)管防護(hù)措施。水下溝埋鋪設(shè)是最安全可靠的,管線在溝內(nèi)不受水流沖擊作用,其應(yīng)力狀態(tài)與陸地埋設(shè)相仿,但水下挖掘較陸地上困難得多,費(fèi)用大,可根據(jù)地質(zhì)條件、水流速度,泥沙含量及機(jī)械性能等需要進(jìn)行選擇使用。無(wú)溝鋪設(shè)的優(yōu)點(diǎn)是管線埋深較深,不會(huì)被河流沖刷裸露,因此能保證管線安全運(yùn)行,且不損壞河床和岸床,有助于保持自然的水文狀況和地形,不需要開挖管溝,節(jié)省土方量,可以常年施工、進(jìn)度快;管道上不需要鋼筋混凝土外殼;不影響航運(yùn)和河道疏浚等。常用的有曲線頂管法和定向鉆法。4管道安裝的水工防護(hù)臺(tái)4.1管線暴露出險(xiǎn)的主要一種類型在一些穿河管道埋設(shè)的水工投入使用后,由于原來(lái)設(shè)計(jì)方面的缺陷或者河床演變的長(zhǎng)期侵蝕下切、河岸擺動(dòng)等原因,使原處于河床或地面以下的管道有逐漸暴露的趨勢(shì)或者已經(jīng)暴露,如河床的橫向變形往往對(duì)管線造成很大的威脅。這時(shí)需要考慮采取必要的水工保護(hù)措施,維持管道的安全生產(chǎn),保證管道運(yùn)輸正常進(jìn)行。從河道治理和管道安全兩方面考慮,管道暴露出險(xiǎn)的水工防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下問(wèn)題:要按照水工防護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范,使整個(gè)管線工程安全標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一;應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況采取合理的工程措施;工程布置設(shè)計(jì)計(jì)算、制定防洪能力設(shè)計(jì)及防洪標(biāo)準(zhǔn)的擬定,因地制宜地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化方案。4.2根據(jù)河道趨勢(shì),合理制定規(guī)劃原則護(hù)岸工程本身是防止崩岸發(fā)生和發(fā)展的具體工程措施,主要是為了防止河岸的側(cè)向后退導(dǎo)致穿越管線出險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)與施工的具體方案制定中,為了充分發(fā)揮護(hù)岸工程的積極防御作用,一般根據(jù)河道的演變趨勢(shì),因勢(shì)利導(dǎo)控制有利的河勢(shì)。其規(guī)劃原則是“全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、因勢(shì)利導(dǎo)、控制河勢(shì)、重點(diǎn)守護(hù)、分期實(shí)施”。護(hù)岸工程采取的主要措施有拋石護(hù)岸、砌石護(hù)岸、丁壩護(hù)岸和混凝土連鎖板護(hù)岸等。4.3管道防護(hù)設(shè)計(jì)護(hù)底工程是針對(duì)河床的垂直沖刷導(dǎo)致管線外露的工程措施,在我國(guó),穿河管線維護(hù)中主要采用拋石、管樁、潛壩等方法。聯(lián)接段輸水管道在選擇穿越點(diǎn)時(shí)基本避開了不穩(wěn)定河段,大部分深埋管道都延伸至已建護(hù)堤或治導(dǎo)線以外,基本不存在護(hù)岸問(wèn)題,本工程管道防護(hù)以護(hù)底工程進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)利用典型段河流顆粒組成進(jìn)行水流夾砂能力分析計(jì)算和沿線沖刷調(diào)查,選擇聯(lián)接段穿河管道最小埋深6.0m,即管道以上最小埋深6.0m,但也不能保證沿線11處穿河管道均在沖刷深度以下,故在管道頂部局部范圍內(nèi)進(jìn)行防護(hù),通過(guò)汾河水庫(kù)沖刷與管道埋設(shè)分析研究,最終采用在管道之上壓塑料格柵石籠的防護(hù)措施。5輸水管線位置通過(guò)對(duì)汾河河道沖刷與管道埋設(shè)分析研究,對(duì)穿越點(diǎn)歷史洪水河道沖淤調(diào)查,并經(jīng)過(guò)模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,最終確定了輸水管線的