箱涵在清水河防洪通道恢复工程中的应用

张真+马俊松+彭晟+尹炳梅

摘 要：由于清水河昆曲高速以下至入金汁河口河段管网化，基本丧失行洪功能，致使片区洪涝灾害频繁，形成下雨必淹的严重局面，严重威胁人民群众生命财产安全，防洪形势尤为严峻。本文对该段河道治理进行了设计，最终选择箱涵设计方案。

关键词：箱涵 防洪 排涝 河道

1.工程概况

清水河位于昆明主城北市区，是该片区重要的防洪排涝河道。目前，清水河源清水库坝址至昆曲高速公路东侧120m河段已基本完成综合整治，除局部河段外，河道较为通畅，基本可以顺利疏泄河道洪水，由于片区城市发展过程中，对清水河作为片区防洪通道的重要性重视不够，导致昆曲高速以下至入金汁河口河段管网化，基本丧失行洪功能，致使片区洪涝灾害频繁，形成下雨必淹的严重局面，严重威胁人民群众生命财产安全，防洪形势尤为严峻。鉴于目前清水河下段（昆曲高速公路东侧120m至金汁河断面）已全部管网化，且管网沿线已基本建设成小区，不具备沿现有排水管网开挖后恢复清水河下段河道的行洪功能，因此新建防洪通道（箱涵）工程方案为目前具有实施可行性且投资最小的最佳方案。本次设计的清水河下段防洪通道恢复工程总长1161m，箱涵为单孔箱涵，过水宽度4m，箱涵底坡均为3‰，部分地形变化段用跌水衔接；其中k0+305～k0+667段由于地形及其他因素限制，采用钢筋混凝土管顶管施工，管内径3000mm，壁厚300mm，底坡均为3‰。

2.水文计算

清水河发源于双龙乡园宝山，全长 10.4km，径流面积11.6km2。清水河小流域属匮乏水文气象资料地区之一，本次计算依据周边与工程地暴雨成因基本一致的松华坝50、60年代以来的长系列暴雨资料进行洪水分析，各控制断面洪水成果根据《昆明市羊肠小村城中村（昆曲高速以东片区）改造项目清水河局部置换工程洪水分析评价报告》中的洪水成果采用水文比拟法推求。尽管整治河道为清水河，但因清水河下游汇入金汁河后经老李山分洪闸分洪后，一部分洪水由金汁河排泄，一部分分洪进入盘龙江。清水河下段洪水位与金汁河洪水位关系密切，且开辟新的排水通道后，清水河入金汁河口位置变更为现状入口上游272m，须复核入口变更后对金汁河河道行洪能力的影响，故洪水分析内容考虑金汁河和清水河两部分。本次计算根据松华坝站历年实测暴雨资料分析，源清水库入库洪水计算中其产流和汇流参数则根据实测资料并结合《云南省暴雨径流查算图表》综合分析确定；源清水库以下区间洪水考虑城市化对洪水量级的影响，其产汇流参数根据昆明城区河道实测雨洪资料分析的降雨径流关系和汇流参数地区综合公式计算，通过计算得出清水河50年一遇箱涵起点处洪水组合洪峰流量15.8m3/s，入金汁河口处50年一遇洪水组合洪峰流量 17.5m3/s。清水河治理后金汁河与清水河交口断面～老李山分洪闸河段50年一遇洪峰流量均为40.3m3/s。

3.工程任务及规模

3.1工程任务及规模

本次河道改道工程主要是新建箱涵及涵管顶管工程，工程建筑物主要包括：箱涵、涵管、沉砂池、检查井、拦污栅、跌坎。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，项目区段防洪治理工程工程等别为小（二）型，建筑物级别为V级，防洪标准取50年一遇。

3.2河道洪水分析

水面曲线采用明渠恒定非均匀渐变流公式分段求和法推求。水面曲线计算公式为：

式中：△—上下游水位差（m）；Q—上下游断面平均流量（m3/s）；K—上下游断面平均流量模数，K=AC（RJ）0.5；△S—上下断面距离（m）。局部水头损失系数按经验取0.5。

计算边界条件：起推水位以该断面50年一遇洪水位作为金汁河河道沿程洪水位的起始水位。清水河则以入金汁河口断面金汁河50年一遇洪水位为控制。

控制断面选择：同一计算河段内河道断面形状、底坡及糙率基本一致；每一段内水位差不超过0.75m或上下游断面间距不超过2km；支流汇入口处作为上、下游河段的分界；过水断面突变、起控制作用的桥涵、闸坝等作为上、下游河段控制点。清水河河段则结合地形、道路标高等因素进行断面选择，共布设了21个控制断面。

河道综合糙率：参照有关水力学中同类护面的经验糙率，河道综合糙率取0.025。最后通过计算得出清水河下段新建防洪通道（箱涵）沿程洪水位分布示意图，见图1。

4.工程设计

4.1工程布置

本次整治起点为昆曲高速公路东侧120m处，沿盘龙157号路往西南向至盘龙102号路后沿该道路布设于路面以下，穿昆曲高速后往西北，至101号路后沿101号路往西布设于该道路路面以下，下穿盘龙1号路和7号路后，于金汁河铂金大道断面上游约272m处汇入金汁河。

由于河道治导线沿线地形起伏较大，且受到用地空间的限制，断面型式采用矩形箱涵（其中k0+305～k0+667为钢筋混凝土管顶管）；断面宽度考虑与上游已整治段相衔接，以4.0m为控制；对于河道底坡，考虑到新建河道属于暗埋的地下箱涵，检修难度较大，以0.003为控制。顶管段涵管内径采用3000mm，底坡为0.003。

4.2箱涵设计

箱涵根据河道水面线计算结果、箱涵平面及空间布置的综合考虑，箱涵断面分为4种断面类型，断面类型及箱涵断面结构尺寸如下：净高为2m的过路段箱涵，顶板、底板和两侧边墙厚300mm，横梁计算跨径4.6m，侧墙计算高度2.6m；净高为2m的非过路段箱涵，顶板、底板和两侧边墙厚300mm，横梁计算跨径4.6m，侧墙计算高度2.6m；净高为2.7m的非过路段箱涵，顶板、底板和两侧边墙厚300mm，横梁计算跨径4.6m，侧墙计算高度3.3m；净高为3.1m的非过路段箱涵，顶板、底板和两侧边墙厚300mm，横梁计算跨径4.6m，侧墙计算高度3.7m。通过内力计算，箱涵结构尺寸能满足承载力和正常使用的要求。箱涵采用C25混凝土，fc=11.9Mp，Ec=2.8×104Mpa；HRB400钢筋，fsk=360Mp，Es=2.0×105Mpa。涵管采用壁厚为210mm的DN2400钢筋砼管。endprint

4.3顶管设计

综合考虑现场施工条件等要求，本设计采用顶管施工方案。顶管工作井内净尺寸：Φ9.6m，现浇C25砼钢筋混凝土壁厚70cm，施工采取分层开挖，逐层支护的办法，每层浇筑后都形成一个闭合的环形结构，井壁底部内力最大。

4.4沉砂池、拦污栅与检查井设计

箱涵K0+001处每孔箱涵各设1道拦污栅，拦污栅采用栅条焊接，栅条横向间距为10cm，横向共设20条栅条，纵向设上下2条横杆，横杆间距75cm；箱涵K0+003处每孔箱涵各设1座沉砂池，每个沉砂池宽2m，长3m，深度低于箱涵河底高程1m。沉砂池采用钢筋砼浇筑，沉砂池后接1#检查井，可通过1#检查井进行清淤。箱涵于桩号K0+007、K0+120、K0+240、K0+300、K0+675、K0+800、K0+920、K1+060处分别设1座检查井，共设8座检查井；检查井用钢筋砼浇筑，采用直径为80cm的雨水井盖，并沿井壁设爬梯。

5.结论

本次清水河下段防洪通道恢复工程采用箱涵及顶管施工技术，减少拆迁引起的影响居民生活以及对路面和其他配套设施的恢复及赔偿。工程建成后，能解决清水河河道周边的洪灾问题，使土地资源能够充分的得到整合利用，为周边沿岸企业和人民群众的生命财产提供防洪安全保证，有利于促进生态环境和社会经济的发展，对维护社会稳定和经济发展具有积极的推动作用。

工程建成后，为确保工程安全，应严格按照相关规定，在工程保护范围内（即距工程小于50m内）禁止从事深孔爆破、打井、钻探、开采地下水及其他可能危害工程安全的生产建设活动。不得向河道中任意排放污水及生活垃圾，不得破坏工程结构及其设施而影响本工程功能。应严格按照河道水环境功能要求，加强对排污源的治理工作，保护水质。

参考文献：

[1]陈宇明.浅谈双孔箱涵在城市内河整治工程中的应用[J].陕西水利，2012（6）：54-56.

[2]罗昊冲，苗原，曹景.顶进箱涵的基坑布置与选择[J].城市道桥与防洪，2012（9）：121-123.

[3]李军伟.浅谈箱涵施工中支撑与模板的质量控制[J].陕西水利2013（4）：61-62.

[4]葛金科，李向阳.软土地层管幕-箱涵顶进施工新技术[J].城市道桥与防洪，2007（5）：40-48.

[5]黄福才，吴换营.ANSYS软件在现浇钢筋混凝土箱涵结构计算中的应用[J].南水北调与水利科技，2009（6）：308-313.

[6]陆明，朱祖熹，陈鸿.管幕法箱涵顶进施工工艺的防水设计探讨[J].中国建筑防水，2006（9）：39-42.

[7]李广英，马克，周峰.南水北调输水箱涵混凝土入仓方式的经济性分析[J].云南水利发电，2014（S1）：113-116.

[8]徐丹丽.东方渠明渠改箱涵设计[J]. 广东水利水电2012（12）：68-71.endprint