南水北调中线工程总干渠穿越汤河线路选择与研究

摘要: 南水北调中线工程总干渠穿越汤河的建筑物轴线受南水北调中线工程总干渠中心线的制约，同时又必须依据建筑物所在地特殊的地形、地质条件来选择合适的总干渠中心线位置，根据总干渠穿越汤河的位置布置了3 条线路：东线、西线和中线进行分析比较，选定中线为总干渠中心线位置，总干渠穿越汤河建筑物型式为涵洞式渡槽。

关键词: 南水北调中线工程; 总干渠; 涵洞式渡槽

1. 基本情况

汤河位于河南省安阳市汤阴县境内，系卫河支流，发源于太行山东麓鹤壁市黑山以西，总流域面积1190 km2，流经鹤壁市、汤阴县、安阳县、内黄县，在内黄、汤阴县界的任固乡故城东南入卫河，干流长69.2 km，汤河流至汤阴县部落村西北与南水北调中线工程总干渠相交，交叉断面以上集水面积199 km2，100年一遇设计洪峰流量为1830 m3/s，地势西南高，东北低，由西南向东北倾斜。交叉断面以上干流长36.3 km，平均比降为4.4‰，河道宽浅曲折，下游有堤防。河床宽度60～80 m，河底高程79.1～79.8 m，地面高程87～88 m，南水北调中线总干渠渠线东边为京广铁路，此段线路东西方向地面高程变化大，村庄稠密，交叉建筑物多，在约5 km左右长的渠段范围内，要穿过汤（阴）鹤（壁）铁路，以及汤河和羑河两条较大河流。

2. 线路布置

总干渠穿越汤河的建筑物轴线受南水北调中线工程总干渠中心线的制约，同时又必须依据建筑物所在地特殊的地形、地质条件来选择合适的总干渠中心线位置。根据总干渠穿越汤河的位置布置了3 条线路：东线、西线和中线。3 条线路轴线位置示意图如下：

东线方案：总干渠中心线从部落村东与汤河相交，向北在部落村东过汤河后一直向北与下游渠线相连，总干渠渠道底高程为87.426 m，河道底高程77.3 m，左岸地面高程84.6 m，右岸地面高程85.5 m，渠道填方高度达12 m，地表为白干土，即新三纪泥灰岩和粘土岩。总干渠与河道斜交，夹角约140°。

在上述新签合同总额中，国内新签合同额为人民币218.6亿元，其中国内水利电力新签合同额为人民币64.3亿元，国内非水利电力新签合同额为人民币154.3亿元；国外新签合同额折合人民币约209.8亿元。

在中国水利水电建设股份有限公司公告中得知，近期中标超过5亿元的项目合同有：5.254亿元的吉林丰满水电站全面治理（重建）工程砂石加工系统建设及砂石料供应工程；5.65亿元的云南向家坝水电站南岸至佛滩公路工程；6.5亿元的福建省平潭综合试验区金井湾海堤（如意湖围堰及护岸）工程投资建造BT项目合同。

西线方案：在东线西约1 km处总干渠中心线从部落村西侧穿越汤河，在汤鹤铁路前这一段与中线线路是一致的，过汤鹤铁路后与中线分开呈正北走向，在部落西和北张贾之间过汤河，至李家湾西过羑河，在康洼南与下游渠线相连。渠线位于汤河河道转弯处，此处河道呈圆角“V”字形，切线交角80°，总干渠中心线通过圆角中点。河道底高程79.8 m，左岸一级阶地高程82.8 m，地面高程88.4 m。右岸靠近主河床是两个鱼塘，底高程81.4 m，鱼塘右侧为一级阶地，高程85.1 m，右岸地面高程88.1～88.4 m，沿轴线方向河道宽约220 m。

中线方案：在西线的基础上，综合考虑交叉断面处地形、地质和河道断面、水流流势等因素，将总干渠中心线(亦即涵洞式渡槽轴线)向河道下游移动约400 m，由起点始至汤鹤铁路段与西线重合，为避开汤河弯道，渠线行至部落南拐弯，将过汤河的位置向东移约500 m。并在部落西折向东北，在李家湾东北与东线相交过羑河后一直向北，终点在驸马营东北与下游渠线相接。该轴线以上河道为直段，长约400 m，渡槽轴线与水流方向正交，水流流态较好。两岸基本对称，均发育有一级阶地，阶面高程约85 m，右岸高程87.8 m，左岸高程87.4 m。

3. 水文地质情况

中线与汤河交叉断面处以上河道集流面积为199.0 km2，100 年一遇设计洪峰流量1830 m3/s，300 年一遇校核洪峰流量2370 m3/s，100 年一遇设计洪水位为87.25 m，300 年一遇设计洪水位为87.81 m，汤河河底高程79.4 m，渠道设计水位94.409 m。

依据测量和勘探资料，渠段内3 条线路地质条件较为近似，地下水位均低于渠底。渠段内汤河含水层为第四系砂层、卵石层，地下水水质较好，无侵蚀混凝土和砌体现象。持力层地基承载力较高，不存在软弱下卧层，无不良地质灾害现象。

挖方段：岩体层状结构，渠底主要位于砂砾岩层。存在渗漏、泥灰岩膨胀、崩解、干缩、边坡稳定及施工排水等问题，工程地质条件较差。

填方段：土体均一结构。存在微弱渗漏问题，工程地质条件较好。地下水埋深5～6 m。

临河滩段表层为粉质粘土和重粉质壤土，下层为卵石和泥灰岩；其它渠段表层为黄土状轻壤土，下部为泥灰岩。从建筑物工程地质条件分析，表层黄土具有湿陷性，基础泥灰岩具有弱膨胀性，在建筑物布置中应选择深埋措施为宜。该工程区地震基本烈度为Ⅷ度。

4. 线路比较分析

东线方案：该线路的优点是总干渠渠线顺直，水流条件较好。其缺点是：总干渠及倒虹吸进、出口渐变段及闸室均坐落在高填方上，因渠道中心线与河道斜交，建筑物长度增加。在渠道倒虹进口上游总干渠与汤鹤铁路交叉处只能修建穿铁路渠道倒虹吸，且铁路与汤河右岸之间距离仅450 m，铁路渠倒虹的出口与汤河渠倒虹的进口之间渠道很短。汤河渠倒虹布置建筑物总长358 m，进口闸上游130 m处布置退水闸，与穿铁路渠倒虹的出口闸仅相距140 m。退水闸与总干渠成90°夹角，退水闸后到河道距离很短，下游消能设施布置较困难。如果用一个渠倒虹穿铁路和汤河，倒虹吸管身长度太长，工程造价太大，且退水闸位置只能布置成潜孔退水或布置在倒虹吸出口闸前，这样退水闸的长度将增加很多。

西线方案：如果在此轴线上修建涵洞式渡槽或渠道倒虹吸，建筑物出口闸及部分渐变段势必坐落在高填方上，基础填方高度达2.5～4.0 m，需采取相应的工程措施以提高工程安全度；右岸进口节制闸、进口连接段基础将坐落在鱼塘上，增加基础处理的难度。且工程位于河流弯道，对工程十分不利。

中线方案：该轴线以上河道为直段，长约400 m，渡槽轴线与水流方向正交，水流流态较好。该轴线处总干渠渠底高程为87.426～87.286 m，河底高程79.3 m，过汤鹤铁路桥地面高程为90.00 m，总干渠设计水位94.409 m，设计渠底87.409 m，渠底低于轨顶2.50 m，穿汤鹤铁路可采用铁路桥，但需抬高铁路。两岸基本对称，均发育有一级阶地，阶面高程约85 m，右岸高程87.8 m，左岸高程87.4 m。中线方案避免了进出口建筑物坐落于高填方上，减小了地基处理的难度。渡槽长度相对较短、节省工程量、增加工程安全可靠性，河道两岸场地开阔，便于施工布置，水流流态好。

从建筑物所处的位置看，东线与汤河交叉处地势最低，渠线与汤鹤铁路和汤河斜交，增加了建筑物长度，该渠线顺直没有弯道，在羑河交叉处与中线相同，建筑物布置平顺，场地开阔。西线与汤鹤铁路正交，建铁路桥的长度最短，但西线与汤河交叉处于汤河的弯道处，不但需要建筑物长度大，而且倒虹吸上下游均布置在弯道上，对河道行洪极其不利。中线位于汤河河槽平顺段，从建筑物布置和河道行洪来看均较安全，线路不够平顺，连续3 处弯道，中线过汤河位置上宜建涵洞式渡槽。3 条线路由于地面高程、河底高程、设计水位的相对关系，决定了其交叉建筑物型式有所不同，过汤鹤铁路时西线和中线宜建铁路桥，东线建渠倒虹；过汤河东、西线建渠倒虹，中线建涵洞式渡槽；过羑河3 条线全为渠倒虹。因东线有3 座需占水头的交叉建筑物，而西线、中线仅有两座占水头的交叉建筑物，另因东线汤鹤铁路和汤河两座渠倒虹间相距甚近，汤河渠倒虹进口前布置退水闸，又处在填方渠段，为使水流平顺，尽量减少渠道局部水头损失，铁路渠倒虹与汤河渠倒虹之间设计采用矩形槽连接；另外东线还有部落轧钢厂、华锋羊毛制衣公司、汤阴华联部落实业公司等小企业需部分拆迁。

5. 投资估算

3 条比较线相距不超过1 km，因此对汤河交叉建筑物，均按照同一交叉点的设计洪水流量进行建筑物过流能力计算。计算涉及3 座交叉建筑物、渠道土石方和占地拆迁补偿等3 部分工程量进行投资估算。各线路投资估算见表1。

综合以上分析，选定中线方案作为采用线。

6. 结论与建议

总干渠穿越汤河交叉断面处渠底高程为87.426 m，河底高程79.3 m，河道100 年一遇设计洪水位87.25 m，300 年一遇校核洪水位87.81 m。河道交叉断面处的总干渠渠底高于河底，而略低于汤河的校核洪水位。修建筑物后，上游水位将壅高，上部渡槽槽身要挡一定高度的河水；由于汤河属于窄深河道，河槽比较成型，300 年情况下洪水不出槽，根据总干渠建筑物选型原则，选定涵洞式渡槽作为穿越汤河建筑物型式。选定线路涵洞式渡槽轴线与总干渠中心线重合，涵洞中心线和渡槽轴线正交。退水闸位于进口节制闸上游107 m处，闸中心线和总干渠中心线呈60°交角，退水进入汤河下游。

参考文献

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