武慶安

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

1 工程概況

界河渠道倒虹吸位于河北省滿城縣尉公村北1km，是南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程總干渠穿越界河的大型河渠交叉建筑物；設(shè)計(jì)流量135m3/s，加大流量160m3/s；設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300a一遇?？偢汕c界河交叉區(qū)域?yàn)槟巢筷?duì)軍事訓(xùn)練場(chǎng)，坦克實(shí)彈射擊為該訓(xùn)練場(chǎng)主要訓(xùn)練科目之一，射擊方向?yàn)闁|南至西北，而總干渠走向?yàn)槲髂现翓|北，穿河建筑物界河渠道倒虹吸軸線恰好垂直射擊方向?qū)⒂?xùn)練場(chǎng)一分為二。為不遮擋射擊視線、彈道及容許坦克自由通行，部隊(duì)要求穿越訓(xùn)練場(chǎng)路段建筑物應(yīng)深埋地下并能承受50t的坦克壓力。

倒虹吸原設(shè)計(jì)方案綜合考慮地形條件、行洪口門寬度及部隊(duì)要求確定軸線長(zhǎng)420m。倒虹吸由管身段、出口工作閘室段和出口漸變段組成，管身段長(zhǎng)315m，埋深5.5～7.5m，兩孔一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱型結(jié)構(gòu)，單孔過水?dāng)嗝娉叽?.5m×6.5m，頂板、中墻、邊墻厚度均為1m，底板厚度為1.1m；出口工作閘室采用鋼筋混凝土開敞式整體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)20m，閘室分2孔，每孔凈寬6.5m；出口漸變段長(zhǎng)85m，采用底板與側(cè)墻分離的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2 變更原因

由于工程在出口部位出地面工程建設(shè)后期，部隊(duì)提出出口閘室、出口漸變段及其以后部分渠道高出地面較多，影響視界并阻斷了炮彈飛行線路，要求修改設(shè)計(jì)方案。倒虹吸原設(shè)計(jì)方案遵從部隊(duì)要求進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，進(jìn)口通過25m長(zhǎng)矩形槽與霧山（Ⅱ）隧洞連接，之后為進(jìn)口斜管、水平管、出口斜管、出口閘室、出口漸變段，下游與灘地填方渠道相連。倒虹吸前部均埋入地下，從出口斜管開始抬升逐漸露出地面，出地面部位恰好避讓了訓(xùn)練場(chǎng)坦克跑道。

3 變更設(shè)計(jì)

3.1 方案擬定

在與部隊(duì)溝通協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，擬定了以下方案：

（1）倒虹吸延長(zhǎng)方案，將原倒虹吸出口高出地面部分拆除并改成地下管涵，新建出口閘室、出口漸變段等高出地面部分位于射擊邊界外；

（2）征地重建訓(xùn)練場(chǎng)方案，在總干渠左側(cè)征地建設(shè)滿足原訓(xùn)練要求的新訓(xùn)練場(chǎng)。

3.2 倒虹吸延長(zhǎng)方案

3.2.1 倒虹吸布置

倒虹吸延長(zhǎng)后由管身段、出口閘室段及出口漸變段和兩岸防沖建筑物等組成，軸線長(zhǎng)616.554m。新倒虹吸保留原倒虹吸進(jìn)口斜管、水平管、出口斜管前3節(jié)和右岸防護(hù)工程，軸線長(zhǎng)285m；需拆除原倒虹吸出口后2節(jié)斜管、出口閘室、出口漸變段135m和出口196.554m渠道工程。新建部分從原倒虹吸出口第3節(jié)斜管末端開始，包括管身236.554m、出口閘室20m和出口漸變段75m，軸線長(zhǎng)331.554m。

（1）新建管身段。新建倒虹吸管身由原倒虹吸出口第3節(jié)斜管末端開始，總長(zhǎng)度236.554m，包括斜管連接段6.554m、水平直線段155m、水平折線轉(zhuǎn)彎段45m及折線轉(zhuǎn)彎斜管段30m，分17節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)6.554～15m。新建管身結(jié)構(gòu)尺寸與原管身結(jié)構(gòu)尺寸相同，仍為兩孔一聯(lián)，每孔凈尺寸為6.5m×6.5m，頂板、中墻、邊墻厚1m，底板厚1.1m。根據(jù)部隊(duì)要求，新建倒虹吸管前30m頂部設(shè)1.5m厚的混凝土防爆層，并考慮50t坦克荷載。新建倒虹吸管覆土2～3.6m，比原倒虹吸管覆土厚度減小很多，經(jīng)計(jì)算決定采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（2）新建出口閘室段。新建閘室與原閘室結(jié)構(gòu)相同，閘長(zhǎng)20m，閘室為開敞式鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，分2孔，每孔凈寬6.5m，底板高程為59.889m，墩頂高程72.978m；中墩厚1.3m，邊墩頂部厚1.2m、底部厚1.8m，底板厚1.8m。 出口閘室內(nèi)設(shè)2扇工作門和2扇檢修門；工作門為弧形門，閘門高度8.5m，采用2×400kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)動(dòng)水啟閉；檢修門為平面滑動(dòng)疊梁門，閘門總高度8.55m，分3節(jié)，平時(shí)放置于閘室兩側(cè)的檢修門庫(kù)中，采用2×100kN電動(dòng)葫蘆靜水啟閉。

（3）新建出口漸變段。新建出口漸變段長(zhǎng)75m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于漸變段處于總干渠轉(zhuǎn)彎部位，為降低施工難度并避免產(chǎn)生新的征地問題，邊墻型式設(shè)計(jì)為折線形鋼筋混凝土扭曲面，由半重力式擋土墻漸變?yōu)槠卤?∶2.5的護(hù)坡與出口渠道邊坡平順銜接；底板厚0.5m，寬由14.3m漸變?yōu)?1.5m，底高程由59.889m漸升至63.082m后與總干渠底銜接。漸變段堤頂高程70.08m。

（4）地面建筑物防護(hù)。由于倒虹吸位于部隊(duì)訓(xùn)練場(chǎng)范圍內(nèi)，部隊(duì)軍事訓(xùn)練對(duì)倒虹吸進(jìn)口部位的界河退水閘啟閉機(jī)房及出口工作閘啟閉機(jī)房和變電站構(gòu)成威脅，根據(jù)部隊(duì)要求，該部位設(shè)置6m厚的混凝土防爆墻進(jìn)行防護(hù)。

界河退水閘啟閉機(jī)房共2個(gè)，各設(shè)一道防爆墻進(jìn)行保護(hù)。退水閘啟閉機(jī)房迎彈面方向主體尺寸長(zhǎng)8m、頂高程81.25m、地面高程70.08m。 據(jù)此，確定防爆墻高11.28m、長(zhǎng)12m。

倒虹吸出口啟閉機(jī)房和變電站一并考慮設(shè)一道防爆墻。被防護(hù)建筑物迎彈面方向主體尺寸長(zhǎng)33m、頂高程82.4m、地面高程68m。據(jù)此，確定防爆墻高14.7m、長(zhǎng)40m。

3.2.2 總干渠影響

為分析倒虹吸延長(zhǎng)對(duì)總干渠的影響，以倒虹吸延長(zhǎng)后出口位置為起點(diǎn)，并以該位置原渠道加大水位為起調(diào)水位，向上游進(jìn)行加大水面線推算。推算采用明渠恒定非均勻流公式：

式中 Z1為下游斷面對(duì)應(yīng)水位；Z2為上游斷面對(duì)應(yīng)水位；V1為下游斷面對(duì)應(yīng)流速；V2為上游斷面對(duì)應(yīng)流速；hw為上下游斷面間水頭損失。

倒虹吸延長(zhǎng)前后加大水面線推算結(jié)果見表1，上游隧洞凈空指標(biāo)見表2。

表1 界河倒虹吸延長(zhǎng)前后上游加大水面線推算成果

表2 界河倒虹吸延長(zhǎng)前后上游隧洞凈空指標(biāo)

由表1可知，界河倒虹吸延長(zhǎng)后過加大流量160m3/s時(shí)，其進(jìn)口水位壅高0.074m，向上游逐漸減小，至霧山（Ⅰ）隧洞進(jìn)口加大水位與原加大水位基本一致，區(qū)間范圍2.58km。霧山（Ⅰ）、霧山（Ⅱ）隧洞之間總干渠堤頂高程按加大水面線以上不小于1.5m安全超高確定，倒虹吸延長(zhǎng)后該段渠道加大水面線抬高0.014m，對(duì)總干渠堤頂超高影響較小。

界河倒虹吸上游的霧山（Ⅰ）、霧山（Ⅱ）隧洞采用圓拱直墻式斷面型式，直墻高度按加大水深加0.2m確定，倒虹吸延長(zhǎng)后，兩隧洞內(nèi)加大水位較原來最大抬高分別為0.014m和0.074m，均未超過拱腳。經(jīng)復(fù)核，2條隧洞凈空指標(biāo)（表2）仍滿足規(guī)范要求。

綜上所述，倒虹吸延長(zhǎng)對(duì)總干渠產(chǎn)生的不利影響較小，倒虹吸方案可行。

3.2.3 工程投資

根據(jù)相關(guān)定額及取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，倒虹吸延長(zhǎng)方案靜態(tài)總投資6751.07萬(wàn)元，其中建筑工程3564.31萬(wàn)元，機(jī)電工程230.90萬(wàn)元，金屬結(jié)構(gòu)工程122.27萬(wàn)元，獨(dú)立費(fèi)用1188.80萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)265.90萬(wàn)元，其他補(bǔ)償費(fèi)1167.12萬(wàn)元。

3.3 征地重建訓(xùn)練場(chǎng)方案

3.3.1 訓(xùn)練場(chǎng)布置

根據(jù)部隊(duì)要求在總干渠左側(cè)基本上與總干渠一致的方向上征用一塊東北～西南方向的帶狀土地以重建訓(xùn)練場(chǎng)，其中東北側(cè)寬200m，西南側(cè)（背彈面）寬600m，長(zhǎng)1500m，將火器的射擊方向由東南～西北方向調(diào)整為東北～西南方向，背彈面在霧山隧洞出口以北。

擬建訓(xùn)練場(chǎng)范圍內(nèi)的土地面積為59.33hm2，包括尉公村土地4.0hm2、部隊(duì)土地22.80hm2、永安莊村土地32.53hm2。 此外，訓(xùn)練場(chǎng)重建后，其與總干渠永久占地線之間形成一個(gè)條帶區(qū)域，面積為20.47hm2。由于軍事訓(xùn)練的影響，該條帶區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極為不便，而且為了滿足部隊(duì)的訓(xùn)練要求，對(duì)該條帶作物種植種類也有限制。因此，需將此條帶土地一并征用，該條帶有尉公村土地1.33hm2，永安莊村土地13.60hm2，部隊(duì)土地5.53hm3。由以上分析，重建訓(xùn)練場(chǎng)共需土地79.80hm2，包括永安莊村土地46.13hm2、尉公村土地5.33hm2、部隊(duì)土地28.33hm2。

3.3.2 占?jí)簩?shí)物量

部隊(duì)原有土地不需征用，重建訓(xùn)練場(chǎng)需新征土地51.47hm2，包括永安莊村土地46.13hm2、尉公村土地5.33hm2，從地類來看，均為水澆地。此外，征地范圍內(nèi)種植有果樹，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，共占?jí)汗麡?4410棵。

3.3.3 生產(chǎn)安置規(guī)劃

重建訓(xùn)練場(chǎng)占用永安莊村土地46.132hm2、尉公村土地5.33hm2。由于占?jí)何竟宓耐恋剌^少，對(duì)該村產(chǎn)生的影響較小，因此，對(duì)于該村的生產(chǎn)安置采取直接補(bǔ)償?shù)姆绞?，將補(bǔ)償投資交村集體，由村集體通過調(diào)整土地及實(shí)行中低產(chǎn)田改造和旱地改良等措施，消除由征地而造成的影響。

永安莊村總?cè)丝跒?500人，目前耕地面積為146.67hm2，人均耕地僅0.04hm2。 重建訓(xùn)練場(chǎng)需征占46.13hm2耕地，占?jí)汉笕司貎H0.03hm2，對(duì)群眾生產(chǎn)生活的影響較大。征地后永安莊村的生產(chǎn)安置人口為1101人，全部按遠(yuǎn)遷處理，需拆遷房屋面積41398m2，包括磚混結(jié)構(gòu)17066m2、磚木結(jié)構(gòu)18167m2、雜房6166m2。需拆遷的附屬建筑物，按占?jí)悍课萃顿Y的15%計(jì)算。此外，移民到新址后，需要為其提供宅基地和生產(chǎn)用地，為保證移民與當(dāng)?shù)氐娜罕娋哂型鹊纳a(chǎn)生活資料，按人均比原址多征0.03hm2土地考慮，共需征地36.70hm2。

3.3.4 訓(xùn)練場(chǎng)建設(shè)配套設(shè)施

根據(jù)部隊(duì)的要求，擬建的訓(xùn)練場(chǎng)應(yīng)考慮配套設(shè)施建設(shè)，部隊(duì)提出了配套設(shè)施清單，估算費(fèi)用為300萬(wàn)元。

3.3.5 占?jí)貉a(bǔ)償投資

3.3.5.1 補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

（1）耕地。滿城縣耕地年產(chǎn)值110元/hm2，補(bǔ)償倍數(shù)16倍，則耕地補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為1760元/hm2。青苗補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)按40元/hm2計(jì)。此外，永久征地還包括311.27元/hm2的耕地開墾費(fèi)和1000元/hm2的耕地占用稅。綜上，耕地的補(bǔ)償投資為3111.13元/hm2。

（2）房屋。 磚混結(jié)構(gòu)450元/m2，磚木結(jié)構(gòu)400元/m2，雜房150元/m2。

（3）果樹。果樹補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為180元/棵。3.3.5.2 補(bǔ)償投資

根據(jù)占?jí)旱膶?shí)物量和補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，重建訓(xùn)練場(chǎng)方案共需投資8556.30萬(wàn)元，其中征地投資6171.71萬(wàn)元，果樹補(bǔ)償259.38萬(wàn)元，房屋補(bǔ)償1587.14萬(wàn)元，附屬建筑物投資238.07萬(wàn)元，訓(xùn)練場(chǎng)建設(shè)配套設(shè)施300萬(wàn)元。

3.4 方案選定

3.4.1 倒虹吸延長(zhǎng)方案

優(yōu)點(diǎn)是建筑物在總干渠征地紅線內(nèi)布置，不涉及征地問題，且投資6751.07萬(wàn)元相對(duì)較低；缺點(diǎn)是總干渠局部范圍內(nèi)產(chǎn)生壅水即對(duì)總干渠過流能力產(chǎn)生一定影響。

3.4.2 征地重建訓(xùn)練場(chǎng)方案

優(yōu)點(diǎn)是不影響總干渠過流能力；缺點(diǎn)是需征地51.47hm2，移民安置人口1101人，且投資8556.30萬(wàn)元相對(duì)較高。

倒虹吸延長(zhǎng)方案避免了比較突出的移民安置問題，并且比征地重建訓(xùn)練場(chǎng)方案投資少1805.23萬(wàn)元，雖然對(duì)總干渠局部過流能力產(chǎn)生一定影響，但在可接受的范圍內(nèi)。綜合考慮采用倒虹吸延長(zhǎng)方案消除原工程對(duì)軍事設(shè)施的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）界河渠道倒虹吸原設(shè)計(jì)方案不但影響部隊(duì)軍事訓(xùn)練，而且建筑物自身安全也受到威脅，進(jìn)行設(shè)計(jì)變更是必要的。

（2）倒虹吸延長(zhǎng)方案既滿足總干渠輸水要求，又消除了原設(shè)計(jì)方案對(duì)軍事設(shè)施的影響，且投資經(jīng)濟(jì)，為優(yōu)選方案。

（3）倒虹吸延長(zhǎng)方案得到了建設(shè)單位及部隊(duì)的共同認(rèn)可，現(xiàn)已建成通水。

［1］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程界河渠道倒虹吸延長(zhǎng)工程設(shè)計(jì)專題報(bào)告［R］.2009.

［2］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程（石家莊至北拒馬河段）初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2004.

［3］李惠英，田文鐸，閻海新.倒虹吸管［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

［4］武漢水利電力學(xué)院.水力計(jì)算手冊(cè)［K］.北京：水利電力出版社，1983.