苑 征

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，陕西 西安 710016)

随着西安国际化大都市建设步伐加快及人口增长，城市用水量不断攀升，2021年西安市主城区最高供水量已经接近设计能力极值，至“十四五”末，主城区供水缺口将达50万 m3/d，加快建设城市重点供水项目迫在眉睫。李家河水库输水系统任务是为西安市城东区城镇供水，每日供水量占西安城区总供水的10%～15%，水库输水总干渠工程是唯一一条向下游城镇供水的输水系统，一旦该输水系统出现问题，将会对供水范围内区域造成重大影响。

西安市辋川河引水李家河水库工程由水库枢纽工程和输水工程两部分组成，水库枢纽工程即李家河水库；
输水工程由总干渠工程等四部分组成，主要任务是为西安市城东区城镇供水。本次的复线工程为李家河水库引水系统的一个组成部分，位于原总干渠的右侧，设计流量6.55 m3/s，起点位于黄土岭分水闸处，终点位于将军岭分水闸，全长7.71 km，主要建筑物由箱涵、渡槽、隧洞、节制引水闸、汇流池组成。其中，隧洞长5.42 km，采用城门洞形；
渡槽共有5座，总长1.365 km，采用矩形结构，单跨径30 m，共46跨；
箱涵共7座，总长0.925 km，采用矩形结构；
起点节制引水闸1座，末端汇流池1座。

本文主要探讨山区输水工程渡槽设计，因此依托李家河复线工程着重讨论研究渡槽的型式选择，工程其它主要建筑物不再进行论述。结合地形地貌，以运行管理方便、少征占地、投资低为原则，跨冲沟处可采用钢筋砼渡槽、钢渡槽，洞式倒虹吸、桥式倒虹吸进行比选。

1)钢筋砼渡槽：跨越不连续5处冲沟处共设5座渡槽，跨沟总长度1.365 km。以1#渡槽、2#渡槽为例。1#渡槽总长390 m，每跨30 m，13跨，最大架空高度33 m；
2#渡槽总长345 m，其中11跨每跨30 m，1跨15 m，最大架空高度51.3 m。根据水利计算、检修要求以及上、下游渠道水面衔接，渡槽采用预应力钢筋混凝土矩形型结构，在满足全断面机械施工的条件下，最小断面尺寸为：底宽2.9 m，槽身高2.0 m，壁厚0.25 m。架空大于15 m的槽墩采用空心重力墩，小于15 m的槽墩采用实体墩，基础采用采用混凝土灌注桩。

2)钢渡槽：根据计算，槽身为钢绗架结构，横断面为矩形，净宽2.5 m，高2.0 m，跨度30 m。钢板厚10 mm，上、下弦杆为2根，28a的槽钢，渡槽的基础为混凝土扩大基础。

钢结构具有施工快，施工简单，强度高，结构轻，使用寿命长的优点，缺点就是容易腐蚀，特别是在干湿交替的环境和潮湿环境中锈蚀最快，必须采取防腐措施，因为下游有人饮需求，其防腐标准还要满足人饮的要求，而且在运行期，需定期维护。本工程区位于蓝田县境内，多年平均降水量720.3 mm，空气相对潮湿，钢结构腐蚀的概率较大，渡槽架空高度较大，底部防腐维护不易，维护费用相对较高，不适宜采用钢渡槽。由于现场施工场地受限，钢渡槽只能在专用场地焊接拼接完成后，需要大型吊装设备采取提、运、吊的方式完成安装，对现场作业面要求较高，对环境破坏较大。

3)洞式倒虹吸：结合现状地形，洞式倒虹吸，最大水头达70 m，竖井共2座。考虑本线路沿山而穿过，且坡度均较陡，为了尽量减少地面工程，不考虑沿坡明敷，考虑采用隧洞深埋式倒虹吸。洞式倒虹吸主要由引水闸、进口竖井、洞式倒虹吸、出口竖井、出口节制分水闸组成。该方案线路总长1.08 km，倒虹吸采用圆形。根据水力计算，采用钢内衬，洞子的直径为2.8 m，IV类围岩段洞壁与钢内衬之间采用钢筋混凝土厚为40 cm；
V类围岩采用钢内衬+钢筋混凝土衬砌(40 cm)，钢内衬与钢筋混凝土之间填充微膨胀混凝土。支护方式采用钢筋挂网喷混凝土10 cm，锚杆梅花型分布，且在IV类围岩、V类围岩设钢拱架支护。

4)桥式倒虹吸：由进口检修闸、进水池、跨河管线和出口防护段组成。桥式倒虹吸可以降低渡槽的槽墩高度，降低的原则：避免倒虹吸下的净空高度影响树木的生长；
纵向拐点不宜太多。为了减小上部荷载，采用321型成品钢桥，桥面宽4 m，跨径为30 m，倒虹吸采用钢管，钢管直径为2.8 m，壁厚为16 mm，管道连接方式采用焊接，外侧采用镀锌铁皮套管+硅酸铝保温棉(9 mm)。基础采用排架柱。

5)方案比较：(1)隧洞式倒虹吸为有压流，为了减少其水头损失，其流速相对较低，其进口处设竖井，泥沙会随之带入隧洞，清淤较为麻烦，需要放空隧洞内的水，另外检修也较麻烦，投资较大，且出口无适宜的位置修建竖井或出水池；
(2)桥式倒虹吸虽然降低了架槽的高度，但其上部结构的投资相对较大，其综合投资较大，桥式倒虹吸一旦淤堵，需要人工经常辅助清淤，给管理带来不便，根据陕西宝鸡峡漆水河倒虹吸多年的运行效果来看(管道磨损、锈蚀、剥蚀、结构强度下降、底部、出口淤积、过流能力下降、进口壅水，最终被改建为渡槽)，其运行的安全性较渡槽较差，管理相对不方便，另外由于桥式倒虹吸为钢结构，其运行15年之后，其防腐、保温等设施将会逐渐老化，需要不断维修；
(3)钢渡槽投资大、易生锈、定期需防腐维修、施工占用的场地大。(4)混凝土渡槽运行管理方便，投资相对较小，本工程跨河建筑物推荐采用混凝土渡槽。

渡槽常用的支撑结构型式为梁式渡槽和拱式渡槽，拱式渡槽适宜窄深山谷、两岸地质条件良好，场地稳定，承载力较好，有施工场地，本工程位于秦岭山区，洪沟较宽，覆盖层较厚，施工场地狭窄，结合本工程的地形、地质条件，上部结构宜采用梁式渡槽。

梁式渡槽有简支梁式、双悬臂梁式和单悬臂梁式三种型式。(1)单悬臂梁式一般只在双悬臂梁式向简支梁式过渡或与进出口建筑物连接时使用。单悬臂梁式槽身的悬臂长度不能过大，以保证槽身在另一端支座处有一定的压力，而绝对不允许出现拉力；
(2)双悬臂梁式渡槽由于悬臂的作用，其跨度可以增大，跨度较小则可节省钢材用量，但当悬臂端部变形或地基产生不均匀沉降时，接缝将产生错动而使得止水容易被拉裂，另外，根据已建工程的经验，双悬臂梁式槽身在支座附近容易产生横向裂缝；
(3)简支梁式槽身接缝止水构造简单，但跨中弯矩较大，底板受拉对抗裂防渗不利，但预应力梁式渡槽，其长度可以达到20～50 m。从安全的角度考虑，本设计采用简支梁式槽身。

本工程为李家河水库输水工程的一部分，即李家河水库输水总干渠的复线，复线工程的建设不改变李家河水库工程的总体布局，不改变其引水规模及工程任务。其主要的功能是增加总干渠输水的安全性，提高下游城镇供水的保证率。山区输水工程的线路及型式往往至关重要，直接影响工程的方案和工期选择。经过两年的工作，本工程已通过可行性研究和初步设计审查，目前正进入施工阶段设计，工程的早日开工不仅可以解决李家河输水总干渠事故检修期间的供水，提高供水工程的安全性，还充分利用了水资源，具有显著的社会效益。

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