关于临堤输水管道工程项目防洪影响评价的探讨——以佛山市S269线芦苞至大塘工业园输水管道工程为例

第８期　２０１３年８月　广东水利水电　（Ｉ；ＵＡＮＧＤ（）ＮＧ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ　ＡＮＤ　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥｌｌ　ｔ）．８　Ａｕｇ．２０１３　关于临堤输水管道工程项目防洪影响评价的探讨　以佛Ｉ』』市￥２６９线芦苞至大塘工业园输水管道工程为例　黄顺明　（广东省飞来峡水利枢纽管理处，广东清远摘５１　１８２５）　要：通过对佛山市临堤输水管道工程建设对北江大堤安全性影响的分析与评价，阐述了此类临堤工程防洪评价报告　的主要技术指标、内容和编制过程中的重点、难点，对类似工程防洪评价工作有一定借鉴意义　关键词：防洪评价；输水管道；渗流；坝坡稳定　中图分类号：ＴＶ６７２　．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—０１１２《２Ｏ１３）０８—００１２—０４　近年来，随着经济社会的发展和人民Ｈ常生活所　需，河道管理范　内临河、跨河、穿河等涉河建设项　或残丘问沟谷地段，丰要Ｔ　地质问题有堤基渗透和　渗透变形问题、堤脚淘冲稳定问题和堤基沉陷问题　．　大堤捍一　着广州、佛…、清远等经济发达的珠汀　角　洲地区，防洪标准为ｌ【）（】年一遇，堤防级别为ｌ级，　主要建筑物为１级建筑物　、　本项日输水管道　ｒ程建设涉及佛山ｍｉ水　段北　大堤，　【　用河道过水断面面积，属于河道管珲范　同内堤内护坡地范围的临堤建设项目、一Ｉ　程计划　此　江枯水期进行施］一，管道巾心距离北江大堤堤脚最近　距离为１２．１０　ｍ，临近堤防段管材选用钢管，每段Ｋ　日也越来越多，对河道行洪、河堤稳定产生ｒ一系列　不良影响。门ｌ９９２年颁布了《河道管理范罔内建设项　Ｈ的有关规定》以来，各地区相继开展了防洪评价＿ｒ　作，但各地　编制要求不一，评价报告编制较为混乱，　不利于审奁部门根据报告提出的问题真正了解、掌握　项目建设对河道等造成的影响和开展监督丁作¨　Ｊ　不同类型的涉水工程引起的防洪问题的侧重点不　同，故防洪评价报告编制的侧重点也有所不同。如桥　梁、码头等建筑物主要是对河道行洪产生的阻水作用，　进而可能产生河道水位壅高　Ｊ，而输水、输气等管道　临堤、穿堤而过，一般而言，阻水比较小，防洪影响　主要体现住对堤防安全稳定的影响＿４　。本文以佛山市　涉河输水管道１　程为例，结合《河道管理范围内建设　项目防洪评价报告书编制导！Ｊ！Ｉｊ（试行）》（水利部，２００４　为６　ｔｎ，采刖焊接，管道采Ｈｊ钢筋混凝土包裹　、一１　程　建设无需穿堤，不涉及破堤开挖及恢复１－程，但管线　挖及敷设施工可能会改变堤防的渗流条件，对大堤　稳定性造成影响。典型断面位置（Ｋ２８＋ｌ８０）管道与堤　防位置关系　图１，管道敷设地形　冈２。　０７），简要介绍临堤Ｔ程防洪评价报告编制过程中　的难点、重点问题。　１工程概况　北江流域属哑热带季风性气候，全年雨量丰富，　暴雨集巾，容易形成洪涝灾害。北汀年均径流量较大，　根据　水站资料统计，多年平均流量为１　４７０　Ｉ１１　／ｓ，　汛期多集中于４～９月份，全年月均流量呈抛物线型分　布，且北江下游流量年际变化大，丰水年和枯水年流　量差系数可达０．３９５，并呈现一定的周期性　。北江　大提位于北汀下游的冲积平原上，部分大堤位于残丘　图１　Ｋ２８＋１８０处管道与堤防位置关系示意　收稿日期：２０１３—０５—２７；修回日期：２０１３—０７—０２　作者简介：黄顺叫（１９７２一），男，硕　－Ｔ程师，从事水利１　程建　‘ｊ管　ｒ作　１　２・　２０１３年８月　第８期　黄顺明：关于临堤输水管道工程项目防洪影响评价的探讨　｝　　ｊ一　懈量　　０ｉ　－　—　～　三：菱　＼　ｌ　＼　鼬＼．鼍、　　蒋　《　１　ｌ　昕　Ｋ２８＋１　（）　ｌ　ｌ　＼　ｉ｜　ｄ　—求｝一　Ｌ　一　ｌ　一　｝　＋　…Ｊｊ　／　“日　＼　刚　｛　～～《＃　一　｝　｛　图２　Ｋ２８＋１８０处管道敷设地形　由于管线敷设施工可能会改变堤防的渗流条件，　进而对大堤稳定性造成影响，故须对其防洪影响问题　进行充分分析论证。　２重点难点分析　本类工程建设不占用行洪通道，相关的河道演变、　河道壅水、河势稳定分析等章节可简写或省略。工程　建设与有关规划的关系及影响分析、项目建设是否符　合防洪标准、有关技术的管理要求的适应性分析主要　通过查阅河道有关资料对比分析即可得出结论。因此，　工程施工期及运行期对河岸堤防的安全影响分析与评　价成为本类型项目防洪评价报告编制的核心。评价报　告的重点内容应包括：与堤防安全有关的穿堤破堤施　工方案、施工方法、机械设备施工道路、破坏堤防　恢复重建等基本情况的定性分析评价；工程建设对　堤基渗透稳定、堤身渗流稳定、堤身坝坡稳定的定　量计算分析以及在极端不利条件下，工程对堤防安　全的不利影响和应对措施。其中定量计算部分的内　容难度最大，需要摸清工程处地质情况、收集地下　水位条件及不同频率的水文参数等基础资料，以及　选用合适的计算方案。　本项目建设无需穿堤，不涉及破堤开挖及恢复工　程，工程处临近现有道路施工机械可直接进人，但管　线开挖及敷设施工可能会改变堤防的渗流条件，对大　堤稳定性造成影响。因此，本研究的核心和重点是工　程施工期及运行期对北江大堤的安全影响分析与评价。　通过对现状进行实地考察，结合工程方案、北江大堤、　北江规划资料、河道地形、水文特征等资料，采用有　限元法和瑞典弧法分别计算分析工程施工、运行期不　同管段堤防在不同洪水条件下各典型断面的地基渗流　稳定、堤身坝坡稳定性。分析工程建设对河道水利设　施的影响。最后结合计算得出的数据，复核计算正常　运行期或实验阶段管道设计的安全系数，根据复核计　算结果对输水管道工程设计方案进行防洪影响评价，　综合分析工程施工对堤防及其各附属设施安全的影响，　同时提出项目防治及补救措施。　３　防洪评价计算与结果分析　经调查了解，工程处北江大堤已经过达标加固处　理，达到防御１００年一一遇洪水的标准，结合飞来峡水　库调蓄及渣江天然滞洪区削峰，达到防御北江３００年　一遇的水平。工程处堤防无特殊防渗措施，堤外河道　滩地处于多年冲淤平衡稳定状态。根据工程布置，按　不同堤段管道最接近堤脚位置选定典型分析断面，施　工期按５年一遇洪水位为最不利条件，运行期按１０年　一遇、２０年一遇、５０年一遇和１００年一遇洪水位为最　不利条件分析计算影响大坝安全性的因子。　１）堤基渗透稳定性　堤基渗透稳定性计算方法采用有限元法，计算得　Ｈ　出堤后开挖管槽中心点上覆盖弱透水等厚层的承压水　头，根据《堤防工程设计规范》（ＧＢ５０２８６—９８），采用　公式（１）确定出逸段与非出逸段的分界点：　Ｈ—Ｈ　１　×　ｊ　一Ａ　＋０．４４１　，ｒｎ　（１）　式中Ａ＝　，　ｄ　＝｛ａｎｈａ（Ｏ．４４１　Ｔｏ）［适用于Ａ　（０．４４１　Ｔｏ＜１）］　（ｔ／一　）　１　ｔＭ（Ｌ：一　）　，　，＋　×　ｓｈＡ（Ｌ２一　一　）ｓｈＡ（Ｌ：一　）　　（２）　两式中ｔｈ，ｃｈ、ｓｈ为双曲线函数、ａｒｔｈ为反双曲　线函数。根据计算公式，结合项目地质特点即可得到　项目管槽开挖中心点承压水头（见图３）。　图３　Ｋ２８＋１８０处典型地质断面　经计算，各频率洪水正常运用条件下各典型断面　管槽开挖中心点承压水头计算成果见表１：　・１３・　２０１３年８月第８期　广东水利水电　表１承压水头汇总（单位：ｍ）　由表１中可以得到，管槽开挖时适当采取降水措　施保证不造成堤基的渗流破坏，个别管段需采取特别　措施，才可确保堤基渗流稳定。　２）堤身渗流稳定性　堤身渗流稳定性采用有限元法，根据《堤防工程　设计规范》，采用公式（３）计算渗流量及浸润线：　一垡二垒　ｋ　２（Ｌ１一ｍ２ｈ０）　ｌ＝　＋△Ｌ，△　ｍ　十ｌ　式中ｑ为单位宽度渗流量［ｍ。／（ｓ・ｍ）］；ｋ为堤身　渗透系数（ｍ／ｓ）；Ｈ，为上游水位（ｍ）；／－／２为下游水位　（ｍ）；ｈ。为下游出逸点高度（ｍ）；ｍ　为上游坡坡率；　ｍ，为下游坡坡率。　根据北江大堤地质剖面成果统计的土层参数，利　用已推算的上游坡水位，假定下游坡水位与管道沟槽　开挖地面持平，利用收集的土层有关参数，计算成果　见表２：　表２浸润线出逸点高度汇总（单位：ｍ）　・１４・　由表２中可以看出再选择大堤坝后坡脚水位最不　利条件下其浸润线基本不在大堤坡面出逸，如选择冬　季枯水期施工，则施工地点地下水位将更低，有利于　大堤坝坡稳定和管道敷设。　３）堤身坝坡稳定性　Ｊ　坝身抗滑稳定计算按不透水地基、下游坡无排水　设备、下游无水工况进行堤身抗滑稳定计算，根据　《堤防工程设计规范》，采用瑞典圆弧滑动计算法：　Ｋ＝　∑｛Ｃ　ｂｓｅｃ卢＋（　Ｉ＋Ｗ２）ＣＯＳ卢一（“一ＺＴ　）ｂｓｅｃ　］ｔｇ６　｝　∑（ＷＪ＋ｗ２）ｓｉｎ　ｆ　４）　利用已得数据，运用广东省水利厅颁布的土坝坝　坡稳定计算程序ＴＢ一６—２．ＢＡＳ（１９９４．１０）进行计算可　得不同频率洪水下各典型断面坝坡抗滑稳定最低安全　系数汇总，见表３：　表３　坝坡抗滑稳定计算最小安全系数汇总　序号　断面桩号Ｐ＝１％Ｐ：２％Ｐ＝５％Ｐ＝１０％Ｐ＝２０％　ｌ　２９＋９８０　，０６７　，ｌ　，　，１７Ｒ　，，１　７　２　２　ｑ　２　２８＋９２０　２．２００　２　２７ｌ　２．３ｌ３　２．３５ｌ　２．４５８　３　２８＋３５０　２．５４１　２．６２ｌ　２．６３０　２．６７９　１．９９２　４　２８＋ｌ８０　２．６６０　２．７６４　２．８６８　２．８７０　２．０６２　５　２７＋９００　１．９４６　２．０１７　２．０６３　２．１Ｏ５　２．１９６　６　２７＋１７０　１．９９６　２．０６３　２　ｌ４６　２．１９３　２　３Ｏ１　７　２５＋１５０　ｌ　６６４　１．７２３　１　７６３　１．７９３　ｌ　８３３　８　２５＋０９０　１．６５８　１．７２４　１．７６４　１．８０４　１　８４６　９　２１＋６６５　１．４２６　１．４７１　１．５２５　１．５６０　１　６０２　１０　２ｌ＋５４０　１．４３７　１．４９ｌ　１．５３０　ｌ　５６２　１．５９８　坝后突遇爆管、坝前遭遇多年平均高水位上游坝坡抗滑　２．６４５　稳定　根据《堤防Ｔ程设计规范》２．２３条规定，１级堤防　正常运用条件抗滑稳定安全系数≥１．３０，由表３巾看　出不同频率洪水条件下各段在施工期的抗滑稳定安全　系数均大于１．３０，是安全的。　４　防洪影响评价结论及主要防治补救措施建议　４．１　防洪影响评价结论　１）管线位置不处于大堤堤身范围内，暂无调整岸　线的规划和可能，不会影响到北江大堤加固规划的实　施，不影响堤防维护管养。　２）管道敷设是在大堤坝后坡脚一定距离外敷设　的，不占用河道行洪断面，不影响行洪能力。　３）基础开挖深度控制在１　ｍ以内，工程满足大堤　２０１３年８月　第８期　黄顺明ｉ关于临堤输水管道工程项目防洪影响评价的探讨　堤身抗滑和渗流稳定安全要求，通过加强管槽回填后　排水能力，对堤防安全无明显不利影响，并对大堤的　渗流稳定起到一定积极作用。此外，工程施工和运行　期间对大堤安全影响都是微弱的，管道建设是安全可　行的。　４）爆管突发事件出现后，在堤脚可能形成冲刷破　坏，对堤防安全影响最大，需要采取防护措施。　综上所说，在爆管突发事件采取有效预防防护措　施后，本项目建设符合行洪、输水的要求，无影响河　势稳定、危害河岸堤防安全和其他妨碍河道行洪的　活动。　４．２主要防治补救措施建议　１）为防止输水管道正常运行期间突遇爆管，输水　管道管应采用钢管外包钢筋混凝土、钢管＋箱涵导水　设施等安全防护措施，同时施工过程中若存在地质条　件与设计不符应立即停工，采取必要措施。　２）沿大堤堤后反滤体边缘布置的管线，管道开挖　过程中要注意保护反滤体，特别是在基础回填时，回　填材料须采用沙石混合材料填压密实，同时加强监测，　确保北江大堤安全。　３）优化施工组织设计，积极配合水行政主管部门　做好安全工作，临堤段机械施工需调整施工的机械，　消除震动对大堤造成的破坏。管道基础处理不得采用　松木桩，应调整为预制砼桩；管槽回填后宜增设导渗　盲沟接入公路沙井。　４）供水管线走向须设置明显标识，运行期间注意　管道检查维修保养，确保安全运行，并制定应急措施　和安全运行检查机制，报当地水行政主管部门。　５结语　从上述的分析评价可见，临堤、穿堤建设项目的　防洪评价的技术要点是需要重点分析其对堤防安全稳　定的影响，主要是从大堤渗流稳定、抗滑稳定等方面　进行计算分析。同时，还需要关注工程自身的安全运　行问题，例如输水管由于应力承载不够造成的爆裂等　也可能对大堤安全稳定造成影响，这样就需要选择极　端工况进行输水管的应力分析计算，相当于对设计方　案进行复核，此外还需要分析管道基础处理方案是否　合适，是否会引起明显的沉降变形，这对附近的大堤　安全也是极为不利的。　防洪评价是一项复杂的工作，涉及多部门、多学　科、多专业，许多问题仍需在今后的工作中不断总结　和完善，提高建议和补救措施的先进性和实用性，以　期更好地指导工程建设和为水行政主管部门提供管理　依据。　参考文献：　［１］　罗少彤．河道管理范围内建设项目防洪评价报告的编制　［Ｊ］．广东水利水电，２００７（６）：３６—３７．　［２］　谷传民，孙翔鹰．浅析河道管理范围内建设项目的审批　与管理［Ｊ］．山东水利，２００３（９）．　［３］　尚志宏，王智，鞠哗．河道管理不同类型建设项目防洪　评价［Ｊ］．东北水利水电，２００９（１０）：３７—３８．　［４］　何书琴，徐林春，郑国栋．穿河穿堤工程防洪影响评价　技术审查要点分析［Ｊ］．广东水利水电，２０１２（７）：２０　—２２．　［５］邱静，黄本胜，杜涓，等．北江干流河道水文、泥沙特　性及泥沙沉积量分析［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｏｃ８８．　ｃｏｍ／ｐ一６９２１８７２６８５０．ｈｔｍ１．　［６］张达志．北江流域防洪规划［Ｊ］．水利规划，１９９７（１）．　［７］　罗少彤．河道管理范围内建设项目报批的水力学计算问　题［Ｊ］．广东水电科技，１９９５（４）：２２—２５．　［８］　张枫．跨越堤防桥梁基础对堤防渗透稳定性影响分析　［Ｊ］．人民长江，２０１１（ｓ２）．　［９］　沈扬，张朋举，闫俊．圆弧滑动法中总应力法和有效应　力法适用性辨析［Ｊ］．河海大学学报：自然科学版，　２０１１，３９（５）：５１７—５２２．　（本文责任编辑马克俊）　・ｌ５・