沈 宇

(廣東河海工程咨詢有限公司深圳市分公司， 廣東 深圳 518000)

1 工程概況

贛深高速鐵路是京九客運(yùn)專線的最南段部分，作為中國(guó)南北大通道京港高速鐵路的重要組成部分，是溝通南北經(jīng)濟(jì)文化交流的重要紐帶。贛深鐵路自贛州西站南端引出，一路向南途經(jīng)贛州、河源、惠州、東莞、深圳五市，線路全長(zhǎng)436.37 km，鐵路等級(jí)為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)，屬雙向電氣化客運(yùn)專線，設(shè)計(jì)時(shí)速為350 km/h[1]。

項(xiàng)目在建設(shè)過程中，贛深鐵路塘廈至深圳北段站前工程(GSSG-10標(biāo)段)水田特大橋位于深圳市寶安區(qū)，橋梁依次跨越石巖外環(huán)路、牛牯斗水庫、石觀路、沈海高速、待建石青大道，之后接入伯公坳一號(hào)隧道。水田特大橋建設(shè)范圍位于牛牯斗水庫藍(lán)線內(nèi)，主要涉及0#～11#橋墩，其中3#～7#墩位于牛牯斗水庫水域中，其余墩位于水庫岸坡上。為全面掌握水田特大橋建設(shè)對(duì)水庫行洪及周邊環(huán)境的影響程度，須進(jìn)行科學(xué)合理的涉水安全評(píng)估，并提出針對(duì)性的防治措施。

2 安全評(píng)估計(jì)算復(fù)核

2.1 水庫工程概況

牛牯斗水庫位于深圳市寶安區(qū)石巖街道，為解決石巖街道居民生活用水于1991年興建，總庫容92.48萬m3。現(xiàn)水庫主要功能為防洪，主要由主壩、溢洪道、輸水涵及管養(yǎng)房等四大主體結(jié)構(gòu)組成，屬小(2)型水庫，Ⅴ等工程，主要建筑物級(jí)別提升為4級(jí)。牛牯斗水庫工程特性如表1。

表1 牛牯斗水庫工程主要特性

2.2 計(jì)算復(fù)核內(nèi)容

水田特大橋跨越牛牯斗水庫庫區(qū)而建，但未跨越水庫溢洪道及大壩等主要水工建筑物，其3#～7#橋墩位于水庫水域范圍內(nèi)，會(huì)占據(jù)部分水庫庫容，因此水庫調(diào)洪庫容將有所減少，需要采用扣除橋墩后的水位～庫容曲線進(jìn)行洪水調(diào)洪演算分析[2]。

2.3 設(shè)計(jì)洪水

利用廣東省綜合單位線法和推理公式法分別對(duì)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果對(duì)比見表2。由表可以看出兩種計(jì)算方法，牛牯斗水庫設(shè)計(jì)洪水的結(jié)果相差較小(均小于20%)。根據(jù)《廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊(cè)》的規(guī)定[3]，設(shè)計(jì)洪水采用綜合單位線計(jì)算成果是合理的。

表2 牛牯斗水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果比較

2.4 調(diào)洪演算

2.4.1 水庫水位～庫容～泄量曲線

牛牯斗水庫泄洪設(shè)施為明渠式溢洪道，進(jìn)口為底寬5 m、高2.5 m的箱涵，進(jìn)口底高程87.2 m，溢洪道最大泄量32.6 m3/s。橋墩墩柱采用雙線圓形橋墩，3#橋墩根部尺寸為7.49 m×3.23 m，頂部尺寸為7.25 m×3.00 m；4#、5#、6#橋墩根部尺寸為9.54 m×4.54 m，頂部尺寸為8.0 m×3.0 m；7#橋墩根部尺寸為7.53 m×3.28 m，頂部尺寸為7.25 m×3.00 m。工程運(yùn)行期水田特大橋有5個(gè)橋墩位于水庫正常蓄水位以下，占據(jù)了部分庫容；橋下基礎(chǔ)施工期間采用土方填筑形成施工平臺(tái)進(jìn)行施工，亦會(huì)占用部分庫容，因此建設(shè)項(xiàng)目在施工期和運(yùn)行期均會(huì)對(duì)牛牯斗水庫庫容產(chǎn)生影響。根據(jù)《水田特大橋水中墩專項(xiàng)施工方案》，施工平臺(tái)高度與填方量對(duì)應(yīng)為：82.5 m(填筑高度)，6012.2 m3(填方量)；83.5 m(填筑高度)，10834.0 m3(填方量)。經(jīng)計(jì)算，牛牯斗水庫現(xiàn)狀及水田特大橋施工期、運(yùn)行期水庫的水位～庫容～泄量曲線見圖1。

圖1 牛牯斗水庫水位～庫容～泄量曲線

2.4.2 調(diào)洪演算成果分析

(1)施工期起調(diào)水位。根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目施工方案，施工期當(dāng)庫水位超過控制水位80.5 m時(shí)采用10臺(tái)大功率抽水泵(500 m3/h)進(jìn)行不間斷抽水，并以此水位作為施工期的起調(diào)水位。

(2)運(yùn)行期起調(diào)水位。牛牯頭水庫正常蓄水位87.2 m，由于水庫建設(shè)年代久遠(yuǎn)，未設(shè)定汛期限制水位，因此以正常蓄水位作為運(yùn)行期起調(diào)水位。

水庫調(diào)洪演算根據(jù)水量平衡原理[4]，發(fā)生洪水時(shí)，施工期通過抽水泵來泄水；當(dāng)水庫高于正常蓄水位87.2 m時(shí)水庫通過明渠來自由敞泄。經(jīng)計(jì)算，水田特大橋在施工期和運(yùn)行期不同工況下，水庫調(diào)洪演算成果見表3和圖2。由計(jì)算結(jié)果可知，運(yùn)行期在校核洪水位(89.0 m)工況下，建設(shè)項(xiàng)目占用水庫庫容為0.17萬m3，基本不影響水庫防洪要求。

表3 牛牯斗水庫調(diào)洪計(jì)算成果

圖2 水庫調(diào)洪演算成果

2.4.3 高程復(fù)核分析

(1)施工平臺(tái)高程。牛牯斗水庫為小(2)型水庫，根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 303—2017)度汛標(biāo)準(zhǔn)按5～10 a一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，本次施工洪水經(jīng)復(fù)核，平臺(tái)的施工高度滿足10 a一遇(P=10%)施工洪水標(biāo)準(zhǔn)。由表4可知，水庫施工期設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)(P=2%)和校核標(biāo)準(zhǔn)(P=0.2%)最高庫水位均比原設(shè)計(jì)值低，但水庫最高庫水位高于施工平臺(tái)填筑頂高程(83.5 m)，在洪水來臨時(shí)會(huì)漫過施工平臺(tái)，施工平臺(tái)存在垮塌風(fēng)險(xiǎn)。因此在施工平臺(tái)中埋設(shè)兩根DN1500的混凝土管以連通平臺(tái)兩端水域，以降低施工潰決概率。

(2)壩頂高程。運(yùn)行期，在設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)下(P=2%)，水庫水位較現(xiàn)狀水庫水位高出0.01 m。對(duì)壩頂超高進(jìn)行復(fù)核可知，現(xiàn)狀壩頂高程為90.38 m，防浪墻頂高程為91.06 m，高于運(yùn)行期校核標(biāo)準(zhǔn)(P=0.2%)下最高庫水位(89 m)，因此項(xiàng)目在施工期和運(yùn)行期均能滿足水庫防洪要求。

3 水庫安全綜合評(píng)估

3.1 施工期及運(yùn)行期對(duì)水工程穩(wěn)定性的影響

(1)施工期。水田特大橋?yàn)闃蛄汗こ?，橋梁基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)，先埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒后再進(jìn)行樁基施工，樁基的所有施工過程均在護(hù)筒內(nèi)完成。受護(hù)筒制約，施工過程中水平方向的荷載都被約束在鋼套筒內(nèi)，對(duì)周邊土體產(chǎn)生的側(cè)向壓應(yīng)力很小；施工期間會(huì)在牛牯斗水庫管理范圍內(nèi)進(jìn)行承臺(tái)基坑支護(hù)開挖，由于橋墩承臺(tái)基坑開挖較淺，且用地紅線距離牛牯斗水庫大壩最小距離為34.32 m，該處橋墩布置位置高程(≥97.55 m)較高，因此建設(shè)項(xiàng)目施工期間對(duì)水庫構(gòu)筑物的擾動(dòng)較小，對(duì)水庫大壩的穩(wěn)定性無影響。

(2)運(yùn)行期。運(yùn)行期橋梁和車輛荷載通過樁基傳遞給穩(wěn)定的弱風(fēng)化基巖層[5]，運(yùn)營(yíng)期對(duì)水庫周邊土體和水庫構(gòu)筑物的擾動(dòng)較小，因此建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期對(duì)水庫的穩(wěn)定性無影響。綜上，建設(shè)項(xiàng)目施工期和運(yùn)行期對(duì)水工程穩(wěn)定性無影響。

3.2 施工期及運(yùn)行期對(duì)水工程供蓄水安全的影響

(1)施工期。建設(shè)項(xiàng)目通過在庫區(qū)填筑施工平臺(tái)進(jìn)行施工，施工過程中土方的開挖和填筑以及施工過程中的廢棄物勢(shì)必會(huì)對(duì)水庫水質(zhì)造成影響。施工期采用的機(jī)械設(shè)備有挖掘機(jī)、推土機(jī)、旋挖鉆機(jī)、汽車吊等，此類機(jī)械設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生廢油或油料泄漏，因此施工期間施工廢油、廢液應(yīng)集中儲(chǔ)積、集中處理。經(jīng)查驗(yàn)水田特大橋的專項(xiàng)水土保持方案可知，施工期間采取的水質(zhì)及水土保護(hù)措施較為合理，但對(duì)水質(zhì)仍有一定的影響，主要影響水質(zhì)的物質(zhì)為泥沙。工程建成后，會(huì)對(duì)水庫進(jìn)行清庫，同時(shí)接受第三方水質(zhì)及地形檢測(cè)，以減少工程建設(shè)對(duì)水庫造成的影響。

(2)運(yùn)行期。建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)行期橋面排水引至墩頂排水管，隨后在梁底安裝順橋向的集水管接入市政排水系統(tǒng)。建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)行期，路面污染物質(zhì)可能通過路面徑流流入水庫庫區(qū)內(nèi)，造成水質(zhì)污染。因此鐵路工務(wù)段應(yīng)加強(qiáng)橋面排水系統(tǒng)的管理，確保排水設(shè)施正常運(yùn)行。

3.3 施工期及運(yùn)行期對(duì)水工程相關(guān)水利規(guī)劃的影響

目前牛牯斗水庫沒有進(jìn)行擴(kuò)建的規(guī)劃。由于牛牯斗水庫補(bǔ)水工程距離水田特大橋最短距離為86 m，項(xiàng)目施工期與該水利工程紅線范圍無交叉，施工期和運(yùn)行期均不會(huì)對(duì)其造成影響。因此，水田特大橋的建設(shè)不會(huì)對(duì)相關(guān)水利規(guī)劃造成影響。

3.4 對(duì)第三方合法水事權(quán)益的影響

牛牯斗水庫的主要功能為防洪，不存在第三方取用水，因此建設(shè)項(xiàng)目施工期和運(yùn)行期均不會(huì)對(duì)第三方合法水事權(quán)益造成影響。

4 結(jié) 論

(1)水田特大橋跨牛牯斗水庫而建，部分橋墩位于庫區(qū)水域范圍內(nèi)，對(duì)水庫的運(yùn)行管理、防洪及水質(zhì)等會(huì)帶來不同程度的影響，因此須進(jìn)行涉水安全評(píng)估。

(2)建設(shè)項(xiàng)目3#～7#橋墩均有墩柱及基礎(chǔ)位于水下，且施工期在庫區(qū)內(nèi)填筑施工平臺(tái)施工，占據(jù)了部分庫容，因此在施工期和運(yùn)行期均對(duì)水庫庫容產(chǎn)生一定的影響。經(jīng)水庫調(diào)洪演算分析，建設(shè)項(xiàng)目施工期設(shè)計(jì)洪水(P=2%)和校核洪水(P=0.2%)標(biāo)準(zhǔn)下，水庫水位有所降低，僅運(yùn)行期在50 a一遇(P=2%)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)下，水庫水位較原設(shè)計(jì)水位高出0.01 m，仍滿足壩頂安全超高要求；運(yùn)行期建設(shè)項(xiàng)目占用水庫庫容為0.17萬m3，基本不影響水庫防洪功能。因此，建設(shè)項(xiàng)目對(duì)水庫大壩防洪安全基本無影響。

(3)經(jīng)安全綜合評(píng)估，橋梁在施工期和運(yùn)行期會(huì)對(duì)水庫水質(zhì)造成一定影響，通過采取合理的防治措施對(duì)水質(zhì)進(jìn)行保護(hù)，可在一定程度削減、消除項(xiàng)目建設(shè)對(duì)牛牯斗水庫的不良影響。水田特大橋的建設(shè)不會(huì)對(duì)相關(guān)水工程穩(wěn)定性、水利規(guī)劃及第三方合法水事權(quán)益等造成影響。