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南水北調中線河北省北段工程設計

09-03 12:57:00  瀏覽次數:672次  欄目:水利水電工程
標簽:水利工程管理,水利水電論文, 南水北調中線河北省北段工程設計,http://www.nvlbio.live

  1、前言

  南水北調中線工程南起湖北省丹江口水庫,北至北京市頤和園的團城湖,輸水總干渠全長1267km,其中河北省渠段由冀豫交界處的漳河北始至冀京邊界處的北拒馬河中支南止,渠長462.36km.河北省北段工程自石家莊古運河樞紐至北拒馬河中支南,途徑石家莊市保定市11個市縣,干渠長227.15km,其中渠道長200.06km,建筑物總長27.09km;各類建筑物314座。

  2、水文氣象

  南水北調中線總干渠沿太行山東麓與京廣鐵路之間的淺山丘陵或山前平螈北行,沿途與子牙河和大清河系的92條大小河流及26片坡水區交叉。所經區域地理位置為東經114°25‘~115°47’,北緯38°06‘~39°30’,大體為南北向狹長地帶,西側為太行山迎風山區,東側為山前平原或坡水區。所在地區屬暖溫帶半濕潤地區,受季風控制,四季分明,歷年冬夏季較長,春秋季較短。渠段沿線同期氣溫南北差異不大,多年平均氣溫為13.0~11.7℃。多年平均降雨量沿線變化規律不明顯,變化范圍為468~552mm,多年平均水面蒸發量為1512~1928mm.沿線冬春季盛行西北風,夏季多東南風,最大風速16~18m/s,風向為北風或西北風。西側太行山淺山區為華北地區暴雨多發區,尤以保定段西側的大清河淺山區是暴雨中心和暴雨高值區。由于華北地區降雨及徑流年內分配不均勻和水庫攔蓄作用,與總干渠交叉的絕大部分河道常年斷流,汛期暴雨洪水集中,大小河流洪水相繼穿越總干渠流向平原地區,部分渠段因特殊地形及河道發育特點,常發生河道主槽游蕩和相鄰河流洪水漫溢串流。

  3、工程地質

  干渠位于太行山東麓與華北平原的接壤地帶。輸水總干渠所經范圍內地形總體上呈西高東低之勢,南部處于平緩區,北部處于丘陵區,地形最高點地面高程450.0m,地形最低點地面高程45.0m,相對高差400m.地表多被第四系地層覆蓋,長213.606km,占北段渠段總長的94.7%;基巖段長度11.904km,占5.3%.基巖的地層巖性主要有太古界阜平群片麻巖;上元古界薊縣系霧迷山組、鐵嶺組;青白口系下馬嶺組、景兒峪組;古生界寒武系饅頭組、毛莊組、徐莊組、張夏組;奧陶系冶里組、亮甲山組、馬家溝組;石炭系本溪組等部分碳酸巖、碎悄巖、粘土巖。第四系松散地層中更新統中下段以泥礫為主,上更新統以黃土狀壤土及碎石土為主,全新統主要為粘性土、碎石土及砂性土。丘陵區局部出露燕山期巖漿巖。

  渠段地下水有孔隙水、裂隙水、巖溶裂隙水3種類型?紫端x存于第四系松散巖層,大型河流的河床地下水一般埋深2-10m,一、二級階地及部分傾斜平原渠段地下水埋深10m以下。裂隙水、巖深裂隙水賦存于砂巖、礫巖及可深的白云巖、灰巖中,一般埋深較大,地下水位總體呈逐年下降的趨勢。主要物理地質現象有沖溝、壩塌、巖深等,但規模均較小,對工程無影響。

  4、渠道總體布置

  南水北調中線工程總于渠為I等工程,渠道及其交叉建筑物的主要構筑物為1級建筑物,次要構筑物為3級建筑物。渠道防洪標準為50年一遇洪水設計,100年一遇洪水校核;流域面積大于20km2的河道,其交叉建筑物的防洪標準按100年一遇洪水設計,300年一遇洪水校核;坡水區和流域面積小于20km2的河溝,建筑物的防洪標準按50年一遇洪水設計,100年一遇洪水校核。始末端設計流量分別為170m2/s和50m3/s.起止點設計水位分別為76.407m和60.300m.渠道縱坡大部分在1/25000-1/20000之間。

  渠道橫斷為梯形斷面,按不同地形條件,分全挖、全填、半挖半填3種構筑方式,其長度分別為82km、14km、和102km.全挖方渠段,在安全超高所相應的高程處設5m寬的一級馬道,以上每增高6m增設一級馬道,上口外設林帶、左側防洪堤和截洪排水溝。全填方渠段堤頂高程與堤寬的確定與全挖方渠段一級馬道相同,在填方較高地段,兩堤外坡自堤頂以下每6m設置一條馬道,堤腳處設置截洪排洪溝和林帶。半填半挖渠道同全填方渠段。

  渠道設計水深6.0-3.8m,邊坡系數土渠段2.0-3.0、石渠段0.7-1.5,底寬24-7m,綜合糙率0.015.渠道采用全斷面混凝土襯砌,在強滲漏、全填方、及煤礦區等特殊渠段,在混凝土襯砌板下鋪設二布一膜復合土工膜加強防滲。渠道在有凍脹渠段采用聚苯乙烯泡沫保溫板或置換砂礫料防凍脹。

  干渠運行維護道路設于右側的一級馬道或堤頂,按四級公路設計,瀝青混凝土路面凈寬3.5m,在穿越大型河流、鐵路、隧洞等建筑物處,改為渠外繞行。

  5、建筑物設計

  總干渠共布設各類建筑物314座。其中隧洞工程7座;大型河渠交叉建筑物23座;左岸排水建筑物96座;渠渠交叉建筑物34座;路渠交叉建筑物121處,控制工程33處。

  5.1隧洞

  隧洞總長9597m,共7座。其中洞身段長8626m.除西市隧洞為單洞室布置外,其余均為雙洞室結構。洞身斷面為無壓馬蹄形和無壓圓拱直墻形。單洞底寬為6.6-7.8m,洞高為6.77-8.62m.洞身段II、III類圍巖采用錨噴支護加局部減糙襯砌,IV、V類圍巖和破碎帶采用鋼筋混凝土全斷面襯砌。

  5.2河渠交叉建筑物

  總干渠共有河渠交叉建筑物23座,按照交叉位置的地形條件及河、渠底高程與水位關系確定交叉工程的穿越方式分為:梁(拱)式渡槽4座;涵洞式渡槽2座;渠道倒虹吸12座;暗渠2座;排洪涵洞2座;河倒虹吸1座。

 。1)4座梁(拱)式渡槽總長3216m,其中槽身段長1980m.漕河渡槽采用梁、拱兩種結構,其余均為板梁式結構。桁架拱結構單跨跨度為60m,板梁式20-25m.槽身采用矩形斷面多槽布置。放水河渡漕為4槽,其余均為雙槽。單槽底寬5.8-10m,墻高4.7-5.0m.渡槽下部結構采用擴基墩臺或樁基墩臺,樁徑1.2-2.0m.

 。2)2座涵洞式渡槽總長450m,其中槽身段長202m.上部槽身采用雙槽矩形斷面,尺寸分別為11.5m×4.7m和6.5m×4.6m.下部為行洪涵洞,采用多孔矩形箱涵結構,孔徑、孔數和洞身長度分別為4.2m×4.2m×24孔×28.9m和4.4m×4.0m×18孔×16.6m.

 。3)12座渠道倒虹吸總長12923m,其中管身段長7274m.倒虹吸管身段采用多孔矩形箱涵結構,界河倒虹吸為2孔兩聯,其余為3孔一聯布置。單孔寬為4.0-6.0m,高為4.1-6.6m.所有倒虹吸均采用深埋方案,管頂埋深在河道設計沖刷線以下0.5m.對一般河道,管頂行洪口門采用導流堤形式與河道連接;對大型寬淺河道,為適應沿灘地段總干渠左堤橫向水流比較大、流速高的特點,該處口門采用梨形裹頭進行連接,口門另一側采用圓形裹頭形式防護和連接。

 。4)2座暗渠總長785m,采用3孔一聯矩形箱涵結構,單孔寬6.6m,高6.8m.

 。5)2座排洪涵洞總長202.1m,采用6孔兩聯和9孔三聯的箱涵結構,單孔尺寸3.9m×3.9m和3.8m×4.5m.

 。6)1座河倒虹吸為箱型倒虹吸,管身段為76m,采用6孔兩聯的箱涵結構,單孔尺寸為4.0m×4.0m.

  5.3左岸排水建筑物

  設置左岸排水建筑物96座,其中排水渡槽26座,上部槽身為矩形斷面,1-6孔,單孔寬3.5-13m,側墻高1.3-4.9m,單跨長度為10-26m,槽身總長30-100m.槽身結構采用多側墻矩形槽和多縱梁矩形槽兩種形式,部分主梁采用預應力混凝土結構。下部結構采用重力墩,荷載較小者采用排架支承結構。

  排水倒虹吸及排水涵洞70座,管身為鋼筋混凝土單聯箱形結構,孔數1-4孔,最大斷面尺寸4.6m×4.6m.管身長75-155m,每節長度10-20m.

  5.4渠渠交叉建筑物

  設置渠渠交叉建筑物34座,其中灌渠渡槽14座,槽身段為簡支結構,跨數2-7跨,跨度10.5-20.6m.上部結構采用矩形槽或U形槽兩種型式。矩形槽斷面為3.3m×2m~1.15m×0.79m,U形槽斷面為2.3m×2m~1.3m×0.9m.支承結構采用肋拱、排架柱或重力墩結構。排架柱高度為3.5-19.6m,重力墩高度為7.28-8.88m,邊墩采用漿砌石重力墩。肋拱結構為單跨,跨度分別為54m、75.8m,矢高為11.25m和15.12m.基礎采用鋼筋混凝土擴大基礎,結構尺寸為5.64m×2.6m×0.5m~3.2m×2.0m×0.5m.

  5.5控制工程

  設置控制工程33座,其中節制閘12座,一般布置在渡槽或隧洞的進口,或倒虹吸的出口。退水閘7座,結合大型河渠交叉建筑物布置。閘室長度為11.5-17.5m,孔數為1-2孔。單孔寬度為3-7m.分水閘閘室長度為10-13m,孔數為1-2孔。單孔寬度為1.5-5.5m;分水泵站規模大于4m3/s的選用雙吸離心泵,小于2m3/s的選用潛水泵,每臺泵站的裝機臺數為3-7臺。

  5.6公路、鐵路交叉建筑物

  設置公路橋118座,公路橋上部梁體結構以裝配式預應力混凝土T形梁、I型組合梁結構為主,單橋橋長在50-150m之間,單孔跨徑分別采用20m、25m、30m、35m、40m.行車道寬以凈—7和凈—4.5為主,少數為2×凈—11.5和2×凈—9.75.橋面凈寬為4.5m的公路橋采用單柱式墩,橋面寬度較大的采用四柱式墩。柱體直徑為100-180cm.基礎型式采用階梯狀擴大基礎和鉆孔灌注樁基礎。鉆孔灌注樁基礎多采用一柱一樁,樁基斷面采用圓形,直徑為100-200cm.

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