淺談河道沖刷對穿河供水管道工程的影響

劉戰業 王馨馨 閆花丹

（1.山東省曹縣水務局水資源管理辦公室 曹縣 274400 2.山東水之源水利規劃設計有限公司濟南 250014）

根據《中華人民共和國防洪法》規定，在泛洪區或者蓄滯洪區建設非防洪建設項目（穿河供水管道工程），應該就洪水對該穿河供水管道工程可能會產生的影響和穿河供水管道對防洪可能產生的影響作出計算評價，并提出相應的保護防御措施。

本文以鄒城市湖水東調供水管道穿越苗莊河工程為實例，做出河道沖刷對穿河管道的影響分析，并提出一種穿河管道防沖刷的補償措施。

1 項目概況

1.1 河道基本情況

苗莊河屬淮河水系，是鄒城市一條東西流向的季節性河流，該河東起看莊鎮苗看莊的店子河，向西至石墻鎮望云村北入望云河，全長12.5km，流域面積75.99km2，防洪標準為20年一遇。苗莊河匯入白馬河，白馬河為南四湖湖東支流。苗莊河沿線流經苗看、倪看、高看、唐看、呂臺、鞏莊、黃家村及苗莊等村莊。

1.2 穿越工程情況

湖水東調供水管道工程管線于苗莊河樁號0+500 穿越苗莊河，穿越苗莊河時，穿越管線軸線與上游橋梁平行，與苗莊河水流流向之間的交角為67°。采用頂管方式穿越，頂管起點工作井距離河道左岸外堤腳25.70m，頂管終點工作井距離河道右岸外堤腳25.85m，工作井為臨時井，尺寸為7m×7m。管道管頂距離現狀河底最低點2.62m，穿越土層為粉質黏土。在管道拐角處設置鎮墩，鎮墩距離外堤腳最近距離為29.20m。頂管選用鋼筋混凝土套管，套管直徑D1200mm。頂管混凝土管采用頂進施工法用Ⅲ級鋼筋混凝土企口管，套管與工作管間空隙采用C20 混凝土注滿，管道布置見圖1。

圖1 管道布置圖

1.3 穿越處河道情況

管線穿越苗莊河處河道斷面為復式斷面，穿越處緊鄰苗莊河入望云河河口，斷面以上流域面積采用河道全流域面積75.99km2；河底高程44.46m，現狀河底寬15.65m，河道口寬112.29m；左岸堤頂高程50.41m，右岸堤頂高程49.85m，管線穿越處河道兩岸有土堤。

2 評價計算

2.1 水文資料獲取及水文分析

水文分析計算內容包括管線穿越斷面處河道防洪標準下的洪水水位和流量。

本次雨量分析計算，首先根據各單站（看莊站、馬樓站、大莊站）雨量綜合分析出設計點雨量，然后經點面折減求得設計面雨量。經分析計算，該區域雨量站雨量計算成果見表1。

表1 區域雨量站雨量計算成果表

由于苗莊河穿越處以上流域屬于平原山丘混合區，所以需按《山東省水文圖集》中推薦的公式計算山丘平原混合區的凈雨R混。

R混=R山-f（R山-R平）

式中：f—系數。

設計流量計算采用1972年山東省水利勘測設計院《南四湖湖東地區設計洪水計算方法》中的南四湖東區排水公式Q=0.055R1F0.75。

計算結果如表2。

表2 項目處設計流量成果表

洪水位采用《鐵路工程水文勘測設計規范》（TB10017-99）形態斷面法進行推求，當苗莊河發生20年一遇洪水時，設計斷面處設計洪水位為47.23m。

2.2 沖刷計算

根據《公路工程水文勘測設計規范》計算項目處河槽的一般沖刷深度（見表3）。經計算，供水管道頂部在最大沖刷線以下埋深最小為2.43m。

表3 一般沖刷計算成果表

3 關于河道沖刷對管道工程影響的分析

一般情況下，當河道行洪斷面中建設有永久性水工建筑物時，會因為水中建筑物阻水部分的阻擋而改變水流流態，從而對該處河底產生一定程度的淘刷，對河道的形態變化造成一定影響，為避免或減輕沖刷造成的影響，需采取沖刷補償措施來保持河道整體形態與河勢穩定。

由于本項目管線穿越苗莊河時采用頂管方式，穿河管線供水工程在建成以后，管道均深埋于河床以下，在河道有效行洪斷面內不存在阻水部分，不會因阻水部分產生水流對河底產生局部淘刷。

當河道發生洪水時，天然狀態下，河底和邊坡都會受到水流的沖刷作用，河底以下一定深度范圍內受到波及，以致影響埋設于河底以下的管道。

根據本文中水文及沖刷計算數據，苗莊河穿越處一般沖刷深度為0.19m，設計管頂在最大沖刷線以下最小埋深為2.43m，苗莊河發生20年一遇洪水時河道自然狀態下的沖刷不會影響到管道，同時管道埋深滿足《涉水建設項目防洪與輸水影響評價技術規范》（DB37/T3704-2019）中設計洪水沖刷線以下1.5m 的規范埋深要求，更加有力地避免了河道沖刷對埋設于河底的管道產生影響。

4 淺談對沖刷影響的防治補救措施

就河道沖刷而言，當河道產生一般沖刷時，其補償措施一般可通過調整建筑物的布置型式、使建筑物布設盡量避開主河槽、對河底進行防護、對岸坡進行襯砌等。就穿河管道工程而論，當穿河未滿足規范要求時，則需采取一定的防沖刷補償措施，如建設齒墻。

水利中的齒墻起防沖連鎖作用。齒墻深埋在具有軟弱夾泥層的巖基中，是用以保護抗力體不受沖刷的重要工程措施。針對本項目而言，在地下穿河管道受到沖刷時，可根據穿越處地質、上下游河勢、管徑大小、管道高程及河道斷面形狀等，確定齒墻在河道內的布設情況。齒墻的布設要滿足《涉水建設項目防洪與輸水影響評價技術規范》（DB37/T3704-2019）的要求，頂部高程不得高于河底高程，齒墻底部不高于設計洪水沖刷線以下1.5m。齒墻的建設有利于對地下穿河管道進行防護，避免其遭受河槽的沖刷影響，同時還要注意給管道與齒墻留有一定空間，以保證后期的維護工作正常進行。

5 結語

鄒城市湖水東調供水管道工程不占用苗莊河有效行洪斷面，無需考慮調整管道布置的形式，不存在局部淘刷的影響。該項目穿河管道工程的設計符合現有的規范標準，無需進行沖刷補償措施。對于受沖刷影響的穿河管道，可以通過布設齒墻來保護管道，齒墻的建設對于以后供水管道工程提供了強有力的支撐，以保證供水管道工程的安全運作■