大型引调水工程典型渠道衬砌失稳成因及防控措施

doi:10.11988/ckyyb.20240986

新澳门游戏网站入口院报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2): 188-193.DOI: 10.11988/ckyyb.20240986

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大型引调水工程典型渠道衬砌失稳成因及防控措施

苏霞¹(), 魏凯², 郝泽嘉¹, 李少龙³, 崔皓东³()

¹ 中国南水北调集团中线有限公司,北京 100038
² 长江勘测规划设计研究有限责任公司,武汉 430010
³ 新澳门游戏网站入口水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉 430010

收稿日期:2024-06-30 修回日期:2024-08-01 出版日期:2025-02-01 发布日期:2025-02-01
通信作者:
崔皓东(1976-),男,河南项城人,正高级工程师,博士,主要从事防洪减灾、水工渗流及地下水方面的研究工作。E-mail:Seep3d@qq.com
作者简介:
苏霞(1978-),女,湖北荆州人,高级工程师,硕士,主要从事水工结构工程科研及引调水工程管理工作。E-mail:suxia@nsbd.cn
基金资助:
国家重点研发计划项目(2023YFC3209504); 中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2023306/YT)

Causes of Lining Instability of Large Water Diversion Channel and the Effects of Prevention and Control Measures

SU Xia¹(), WEI Kai², HAO Ze-jia¹, LI Shao-long³, CUI Hao-dong³()

¹ China South-to-North Water Diversion Middle Route Co., Ltd., Beijing 100038, China
² Changjiang Institute of Survey, Planning,Design and Research Co.,Ltd.,Wuhan 430010,China
³ Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources, Changjiang River Scientific Research Institute,Wuhan 430010, China

Received:2024-06-30 Revised:2024-08-01 Published:2025-02-01 Online:2025-02-01

摘要/Abstract

摘要：

大型引调水渠道工程高地下水位挖方段在运行期易发生衬砌失稳,合理设置渗控措施是保障渠道衬砌安全的关键。针对河南省2021年“7·20”特大暴雨后南水北调中线工程某渠段衬砌失稳问题,通过监测资料和三维渗流模拟对渠道衬砌板失稳成因进行了分析,并利用三维模型分析了增设渠坡竖向减压井和横向排水管措施的效果。研究表明:渠基存在的透水地层为降雨入渗和地下水侧向补给提供了渗透通道,极端降雨导致地下水位升高是渠道衬砌板失稳的关键诱因,增设排水措施可有效消减衬砌板下扬压力。研究成果可为类似渠段险情分析和整治及运行管理提供参考。

关键词: 引调水挖方渠道, 高地下水位, 扬压力, 衬砌失稳, 渗流分析

Abstract:

Lining instability is common in excavation sections of large water diversion channels with high groundwater levels during the operation period. Effective seepage control measures are crucial for ensuring channel lining safety. This study addresses the lining instability issue in a canal section of the middle route of the South-to-North Water Diversion Project following the ‘7·20’ heavy rainstorm in Henan in 2021. Based on monitoring data and three-dimensional seepage simulation, the causes of the canal lining plate instability were analyzed, and the effects of additional vertical relief wells and transverse drainage pipes on the canal slope were evaluated using a three-dimensional model. Results show that the permeable strata in the channel foundation provide a seepage pathway for rainfall infiltration and lateral groundwater recharge. The rise in groundwater level due to extreme rainfall is the primary cause of canal lining plate instability. Drainage measures could effectively reduce the uplift pressure beneath the lining plate. These findings offer insights for the risk analysis, regulation, and operational management of similar canal sections.

Key words: water diversion channels, high groundwater level, uplift pressure, lining instability, seepage analysis

中图分类号:

苏霞, 魏凯, 郝泽嘉, 李少龙, 崔皓东. 大型引调水工程典型渠道衬砌失稳成因及防控措施[J]. 新澳门游戏网站入口院报, 2025, 42(2): 188-193.

SU Xia, WEI Kai, HAO Ze-jia, LI Shao-long, CUI Hao-dong. Causes of Lining Instability of Large Water Diversion Channel and the Effects of Prevention and Control Measures[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2025, 42(2): 188-193.

图/表 11

图1 衬砌板失稳年内分布

Fig.1 Monthly distribution of lining plate instability

图2 渠道衬砌抗浮稳定分析简图

Fig.2 Schematic diagram of anti-floating stability analysis of channel lining

图3 典型渠段三维渗流有限元模型

Fig.3 Three-dimensional finite element seepage model for typical section

表1 计算模型渗透系数

Table 1 Permeability coefficients in the numerical odel

编号	地层	渗透系数/(cm∙s^-1)
1	黄土状重粉质壤土	8.00×10^-5
2	重粉质壤土	3.00×10^-5
3	泥灰岩	2.30×10^-4
4	黏土岩	1.00×10^-5
5	砂岩	2.70×10^-4
6	粗砂垫层	5.00×10^-2
7	土工膜	1.00×10^-10

图4 原设计方案渗流场水头等值线

Fig.4 Seepage head contours before implementing he control measures

表2 渗流计算分析结果

Table 2 Results of seepage analysis

方案	地下水位/m	渠道水位/m	渠坡出逸高度/m	衬砌板水压差/m
原设计方案	124.28	98.74	0.32	0.51
增设盲沟和减压井的方案	124.28	98.74	0.12	0.11

图5 一级马道以下增设措施示意

Fig.5 Schematic diagram of adding control measures elow the first-level berm

表3 可增设的渗流控制措施及目标

Table 3 Seepage control measures and targets

设置部位	增设措施	渗控目标
一级马道及过水断面	逆止阀	排出衬砌板下土工膜下的积水
	纵向排水盲沟	降低一级马道以上地下水位
	竖向排水孔、减压井	降低渠坡或渠底地层地下水位
一级马道以上	纵向排水盲沟	将入渗的雨水或上层滞水排出
	水平排水孔	将坡体中水体排出坡面
	排水井	降低渠坡深部地下水位

图6 一级马道增设渗控措施示意

Fig.6 Schematic diagram of adding control measures n the first-level berm

图7 增设渗控措施后水头等值线

Fig.7 Seepage head contours after implementing the ontrol measures

图8 渗压计水位过程线

Fig.8 Water level process of piezometer

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