穿漳涵洞工程稳定性分析（裴杰峰）

摘要：漳河东风渠穿漳涵洞位于邯郸市魏县野胡拐乡大王村，为东风渠的主要工程，同时也是漳河治理的控制性节点。穿漳涵洞工程在历年岳城水库向下游河道放水中都遭到不同程度的毁坏，在此对其稳定性问题进行粗浅分析，并对工程安全及防洪安全提出建议。

关键词：稳定性；涵洞：分析

中图分类号：TV651．3 文献标识码：C 文章编号：1004—7328(2007)04—0056—03

漳河东风渠穿漳涵洞位于邯郸市魏县野胡拐乡大王村东南约300 m，桩号62+610，主要包括涵洞、消力池、海漫、防冲槽、护坡五部分。自南向北穿越漳河，是东风渠的主要工程，同时也是漳河治理的控制性节点。穿漳涵洞工程1959年动工，1960年建成，工程的主要作用是输水灌溉，原设计过水能力50m3／s，涵洞采用双排布置，内径4 m，现浇钢筋混凝土无压力涵洞，共28节，每节长12．5 m，涵洞总长350m。工程现状为2000年穿漳涵洞水毁修复后工程，设计等级仍为Ⅲ级，主要将下游侧“96·8”洪水冲毁的6节涵管修复，设计输水能力为25 m3／s，内径3．9 m。

1 “96-8”洪水后穿漳涵洞修复情况

穿漳涵洞工程在历年岳城水库小流量放水中都遭到不同程度的毁坏。对于穿漳涵洞而言，其稳定性直接影响到漳河下游的河床变形，位置特殊、作用重要。因此，在工程遭到破坏后，基本上都及时进行了修复。

1.1 1997年工程修复

1996年8月，漳河发生大洪水，洪水冲毁了涵洞北侧的挡水墙和下游消力池，涵洞内淤积近80％。为了保证漳河的安全度汛，1997年的度汛应急工程中安排投资100万元，对涵洞做了临时封堵。

1.2 2000年工程恢复

漳河整治工程中修复穿漳涵洞的工程项目，于2000年9月开工，2001年5月完工。主要建设内容为：①水毁涵洞修复：“96·8”洪水中，穿漳涵洞左岸上游一排4节涵管、下游一排6节涵管被洪水冲毁，相邻涵洞段基础也有不同程度的破坏，设计仅修复下游一排涵洞，恢复以后穿漳涵洞的输水能力接近25 m3／s。②涵洞上游铺盖：为提高涵洞上游河道的抗冲刷能力和抗渗能力，涵洞上游设浆砌石铺盖，浆砌石铺盖上游的原有粘土铺盖仍保留，在铺盖上游端设防冲刷齿墙。③涵洞下游新修消力池、海漫及防冲槽：其中，消力池深1 m，斜坡段上接涵洞顶部护面，下接消力池水平段。海漫采用50 cm浆砌块石，下游设置抛石防冲槽。④主槽左岸水毁坍岸和左右岸边坡护砌修复：“96·8”洪水中，左岸滩地顺水流方向坍塌长400多m，垂直水流方向坍塌长120多m。设计左岸挡水堤用壤土或砂壤土回填，迎水侧采用浆砌石护坡。其他项目还包括主槽右岸边坡防护加固，对下游一排原涵洞进行清淤，对管道内壁进行喷水泥砂浆加固补强等。

1.3 2004年工程应急修复

2003年1O月，岳城水库放水，最大流量220 m3／s。在放水过程中，巡查人员发现穿漳涵洞主槽左岸下游护坡迎水面护坡底部开始坍塌折裂，毁坏长度达62．4 m，顺坡方向折裂约3．5 m，整个浆砌石基础被冲刷毁坏。护坡下游滩地坍塌严重，防冲槽被毁。为防止损坏程度加剧及对工程其他部分造成影响，2004年海委安排度汛应急项目资金70万元进行应急加固处理。工程从1O月29日开工到12月11日竣工。主要建设内容包括：① 左挡堤维修：将毁坏坡面及浆砌石基础拆除，按照原设计将坡面恢复，建浆砌挡土墙．修复工程全长62．5 m，在其下游增做16 m长的浆砌裹头以保证护坡的稳定。② 清理工程弃渣：将防冲槽下游的工程弃渣推至河道两侧，清理范围为防冲槽向下游300 m，垂直水流方向20 m，清理深度平均2．5 m。③下游防冲槽接长：工程全长97 m，原设计防冲槽宽8 m，现在剩余2 m，在此基础上接长防冲槽2 m。

1.4 2006年水毁工程修复

2005年4月．岳城水库放水．漳河最大流量150m3／s，穿漳涵洞工程海漫部分松动，防冲槽靠近左岸滩地31 m完全冲毁，另外的66 m部分毁坏，残余宽度1．5～2．5 m(原97 m长，4 m宽)。2006年4月，特大防汛费项目安排10万元对防冲槽进行了修复，抛石798 m3。

2 穿漳涵洞工程稳定性分析

从以上情况可以看出，穿漳涵洞工程在2000年修复后，左岸护坡在2003年又发生了坍塌毁坏．2004年重新修建了浆砌挡土墙，到目前保持稳定。下游防冲槽在修复后仍不稳定．而且在岳城水库历年的小流量放水时都不同程度毁坏．甚至影响海漫工程安全。综合分析原因有以下几方面。

2.1 河床地质条件差

京广铁路桥至徐万仓属漳河冲积扇平原，地貌形态和组成物质可分为冲积扇和河漫滩两部分。冲积扇位于京广铁路桥下10 km左右，以下为河漫滩．广泛分布着第四纪松散堆积物。漳河下游地质构造属华北凹陷带，表层局部为填土和耕作土，穿漳涵洞附近河段以粘土、壤土、沙壤土互层为主，局部夹粉沙、极细沙透镜体。该段河槽的河床质以极细沙为主，厚0．8～3．7 m，易于冲刷。

2.2 河道以冲刷为主

岳城水库建库后，由于水库的蓄洪拦沙作用，进入下游河道的泥沙减少，使水库下游河道由堆积性为主的河道转为冲刷为主的河道。根据天津勘测设计研究院1990年12月、1999年2月实测的地形资料及漳卫南邯郸河务局2005年实测的地形资料分析．岳城水库建库后的漳河河道冲淤变化有以下特点。

2.2.1 河床冲淤变化

选用1990—1999年实测河道地形资料对漳河下游冲淤量及其沿程分布进行分析，本河段的冲淤变化具有如下特点：①河床有冲有淤，以冲为主．其中穿漳涵洞以上河段的累计冲刷量为746．42万m3．穿漳涵洞以下河段的累计冲刷量为404．81万m3．整个河段的冲刷量为1 141．3万m3。②淤积主要出现在两段，其一为羊羔屯至常家屯河段，其二为蔡小庄

至穿漳涵洞之间的河段。

2.2.2 纵向变化

从漳河下游河道历年深泓线纵向变化分析，深泓线基本上表现为整体下切，只在羊羔屯至常家屯河段及穿漳涵洞上游附近河段例外。穿漳涵洞以下河段．1990—1999年之间深泓线下切不大，但1999—2005年之间其下切速度增加，最大下切值达到2 m，位于穿漳涵洞下游。

2.3 局部冲刷引起工程不稳定

现状条件下，穿漳涵洞上游的河底高程比洞顶高程约低0．5m，而穿漳涵洞下游的河底高程则比洞顶高程约低5m，穿漳涵洞洞顶与其上、下游的河道横剖面见图1，纵剖面见图2。

穿漳涵洞下游的冲刷属局部冲刷，采用床沙起动条件公式计算起动流速：

利用能量方程与连续方程联合求解消力池末端的水流流速与水深，得到各级流量下的穿漳涵洞下游河道单宽流量、收缩断面佛汝德数、下游流速及起动流速见表1。

穿漳涵洞下游消能形式属底流消能。对底流消能，控制佛汝德数Fr在4．5～9．0之间变化较好．此时能形成良好的稳定水跃，消能率较高，跃后水面也较平稳。如果Fr>9．0，将会出现强水跃，高速射流挟带间歇性水团不断滚向下游．有较大的水面波动。如果Fr<4．5．则属低佛汝德数水跃消能，其跃后水流具有如下特征：①佛汝德数越低，底部流速越大，流速分布越不均匀，从而增加了水跃出口断面的比能；② 佛汝德数越低，跃后的大尺度紊动越明显，大部分水流动能要在跃后很长距离内才能逐渐消散；③ 佛汝德数位于1．7～2．5之间时，由于水面波动．漩滚发展不充分，单纯靠水跃消能．难以达到完全消能目的，而当佛汝德数位于2．5～4．5之间时，水跃尾部存在进行波，可能对两岸岸坡稳定造成影响。对于穿漳涵洞下游的消力池，收缩断面佛汝德数Fr变化于2．52～8．99之间．在流量为500 m3／s与1 500 m3／s时均属于低佛汝德数水跃消能，而且下游河道水流流速均大于起动流速，且流量越大，下游流速与起动流速的差距也越大。为确保穿漳涵洞这一基点的稳定性，应采用辅助消能设施，以尽可能减小消力池下游的局部冲刷。

3 结语

(1)穿漳涵洞下游河道水流流速大于起动流速，消力池收缩断面佛汝德数在流量为500 m3／s与1 500 m3／s时收缩断面佛汝德数均小于4．5，属于低佛汝德数水跃消能，其跃后水流余能较大。单纯靠水跃消能，难以达到完全消能目的，可能导致河床及岸坡的局部冲刷，对穿漳涵洞这一基点的稳定性构成一定的威胁。考虑到穿漳涵洞这一基点对河势稳定的重要性以及穿漳涵洞下游在流量为500 m3／s以上时属低佛汝德数水跃消能，建议采用辅助消能设施，最好修建二级消力池．以尽可能减小现有消力池下游的局部冲刷，确保穿漳涵洞这一基点的稳定性。

(2)从近几年岳城水库运用情况看，100～200 m3／s小流量下泄运用机会较多，为防止险情进一步加剧，避免造成工程更大的破坏，急需修复防冲槽工程。建议先在河底铺设土工布．其上采用铅丝笼装石，以减小对涵洞下河床的冲刷，避免因防冲槽毁坏引发海漫破坏。在河床冲淤平衡前．应及时修复防冲槽出现的较小程度毁坏。

(3)鉴于水沙运动及河床演变的复杂性，应对工程进一步加强观测，并采取必要措施．确保河道行洪与防洪工程安全。

作者简介：

裴杰峰(1971-)，男，高级工程师，主要从事水利工程管理工作。

工作单位：海河水利委员会漳卫南运河管理局

来源：《海河水利》2007.08