高寒地区长距离输水渠道泥岩段排水处理方案

张志雁

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

高寒地区长距离输水渠道泥岩段排水处理方案

张志雁

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

针对某扩建渠道泥岩段存在滑坡变形破坏问题，采取增设排水措施，通过工程施工、运行管理、工程投资等，确定适合工程特点的横向排水方案，为提高高寒地区长距离输水渠道的安全运行提供可靠保障。

高寒地区；长距离输水；泥岩；排水处理

1 工程概况

某扩建渠道为Ⅱ等大（2）型工程，其任务为城市和工业用水，并兼顾沿线农牧业和生态用水。原渠道设计流量68m3/s，断面结构为梯型断面，渠底宽度4m，渠道内边坡1∶2.0，外边坡1∶1.75，渠顶宽4.5m，渠深5.4～6.2m，采用预制混凝土板衬砌结构。扩建后设计引水流量120m3/s，渠道全长133.65km，其中渡槽长100m，隧洞长4.14km，明渠长度129.40km。

工程区地处欧亚大陆腹地中心，远离海洋，属大陆性寒温带气候，四季中春秋两季不明显，冬季长而严寒、夏季短而炎热，降水少，气温温差大。多年平均气温3.4℃，最高气温39.6℃，最低气温-42.7℃，最大冻土深度1.8m，最大积雪厚度2.8m，多年平均降雨量113mm，多年蒸发量1844mm。工程区地震基本烈度为Ⅵ度。

该扩建渠道工程沿渠线通过的地貌为剥蚀起伏的平原与冲洪积平原的过渡带和河谷阶地，总地势由北东向南西缓倾。根据地质资料统计，渠段渠床分布的泥岩长42.25km，占渠线全长31.6%，大部分以弱～中膨胀岩为主，局部段为强膨胀岩，对渠道的安全运行存在不同程度的潜在危害。

2 泥岩段破坏特点及成因

由于在前期建设期间，对泥岩基础渠道的认识不足，未对其进行换填处理。根据输水渠道运行十几年现场调查发现，每年停水后膨胀泥岩渠段均存在不同程度的渠堤滑坡、渠坡鼓胀、渠底变形等问题。究其原因，膨胀泥岩段土层是一种特殊的非饱和土，其特殊性表现在，吸水膨胀软化，失水收缩干裂，同时具有超固结性和多裂隙性。由于长期受到运行期水位变化及融雪性积水的影响，膨胀性泥岩段土层长期受到干湿循环的作用，因而引发渠道破坏，影响渠道输水安全。

本工程通过设置排水措施，阻断膨胀土体与外界水分的交换，使膨胀岩土的含水量相对稳定，以实现解决渠道滑坡变形破坏问题，确保工程安全运行。

3 泥岩段排水设计

3.1 扩建渠道

根据工程规模，该扩建渠道将原渠堤加高1.5～2.0m，加高后渠道衬砌采用现浇混凝土弧形渠底结构，自上而下分别为10cm厚现浇混凝土板、一布一膜、3cm厚砂浆垫层，渠坡采用预制混凝土六棱块衬砌，自上而下分别为6cm预制混凝土六棱块、3cm厚板下砂浆垫层、一布一膜、3cm厚膜下砂浆垫层。为防止膨胀性泥岩对渠道产生破坏，对渠道基础进行全断面换填处理：渠底换填厚度2.1m，渠坡换填厚度2.0m。采用两层换填结构，靠近渠床一侧换填白砂岩或砾质土等渗透系数较小的土料，靠近衬砌结构铺设0.5m厚透水砂砾石层，在渠底砂砾石层底部铺设纵向排水体，排水体内铺设DN200 UPVC滤水管，同时设置横向排水集水井由两侧汇集滤水管内的渗漏水。

3.2 横向排水

渠道纵向排水汇集在横向排水井的渗漏水，通过横向排水结构排出。对于部分填方渠道采用埋设DN180的PE管通过自流方式排至低洼处，对于挖方段则需设置水泵采用抽排方式。

本次泥岩段渠道抽排式横向排水结构设计提出3种方案。

3.2.1 方案1（渠内钢管排水方案）

设置跨渠钢桁架桥，集水池设置DN500入泵钢管连接测桥，采用圆形钢筋混凝土结构。外径尺寸DN3000，壁厚20cm，池深3.4m；集水池盖板上设置φ800进人孔和φ500入泵孔。

3.2.2 方案2（渠坡钢管排水方案）

渠道右岸设置操作平台，顺渠坡埋设DN500入泵钢管连接至集水池，采用圆形钢筋混凝土结构，外径尺寸DN3000，壁厚20cm，池深3.6m，集水池盖板上设置φ800进人孔。

3.2.3 方案3（渠外竖井排水方案）

渠道右岸 （位置较低的一侧）渠堤外侧埋设竖井，埋设深度13.0m，井底高程相对对应桩号的渠底-5.1m，埋设纵坡为1/50的DN180的PE管将渠底设置的集水井与排水井连通，采用预制钢筋混凝土结构，尺寸1.1m×1.1m×1.1m（长×宽×高），竖井由预制钢筋混凝土井管拼装，单节井管尺寸3.0m（内径）×1.2m（高），壁厚15cm。

3.3 横向排水设计方案比选

以渠道加高扩建后渠顶高程相对渠底7.4m渠段处横向排水，分别从施工条件、运行管理、主要工程量等方面对3种方案进行比选，结果如表1。

表1 横向排水设计方案比选

由表1可知，方案1，虽然在工程量对较少，工期短，但入泵钢管对渠道水流有阻滞影响，底板与集水池间止水安装质量要求较高；方案2，工程投资最省，但存在施工不便造成渠道边坡破坏问题；方案3，虽然投资大些，但竖井设置在渠道外，工程质量更有保障，运行管理方便。经综合比选，采用方案3。

4 结语

通过渠道结构优化调整，从工程施工、运行管理、工程投资等角度，经综合必选，确定适合工程特点的横向排水方案，可有效解决泥岩段渠道滑坡问题，为提高高寒地区输水渠道的安全运行提供可靠保障。

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（责任编辑：王艳肖）

Research on treatment measures for drainage in mudstone section of long-distance diversion channel in alpine area

ZHANG Zhi-yan
（Xinjiang Survey and Design Institute of Water Resources and Hydropower，Urumqi 830000，China）

Aiming at the deformation failure problems in mudstone section of a expansion channel， the supply drainage measures in channel are provided.According to the project construction， operation management and project investment， a suitable transverse drainage was determined，it provides a guarantee for safety operation of long-distance diversion channel in alpine area.

alpine region； long-distance diversion channel； mudstone section； drainage

TV67

B

1672-9900（2017）03-0015-02

2017-04-05

张志雁（1984-），男（汉族），江西龙南人，工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）15999160349。