浅析南水北调中线总干渠渠道土石方的调配

浅析南水北调中线总干渠渠道土石方的调配【摘要】南水北调中线总干渠渠道工程的土石方开挖、填筑工程量很大，土石方调配平衡问题处理得合理与否，对整个工程的占地、投资等方面有较大影响。为减少工程投资和施工占地，根据总干渠渠道工程的长跨度特点，提出相应的土石方调配平衡规划的设计原则，利用线性规划技术研究了总干渠土石方调配平衡的问题，通过建立数学模型并求解，得到合理、优化的土石方调配平衡结果，为南水北调中线总干渠渠道施工组织设计提供了可靠依据。

【关键词】土石方调配原则；线性规划；南水北调中线一期工程

1.调配平衡原则

对于南水北调总干渠此类大跨度工程，由于线路过长，施工场地多，沿线的施工条件（自然、社会）多变，渠道上还有众多跨河流的交叉建筑物，使总干渠土石方调配的边界条件过多，难以建立一个对于整个工程都适用的数学模型。因此，考虑将平衡目标分解成多个小目标后分别进行规划设计。

初步考虑对总干渠整个线路分段规划，分解调配平衡的范围，使调配的原则能在小范围内相对统一和简化，然后在分段规划的基础上逐段进行土石方调配平衡。这样分段调配优化，也更能便于后期的分标施工及现场管理服务。因此，对总干渠调配平衡需考虑分段、调土，取土和弃渣等方面的平衡原则。

1.1分段原则

施工分段尽量按照施工分标的原则考虑。南水北调总干渠沿线各段施工内容大致相同，主要包括土石方开挖、渠堤填筑、边坡及渠底防护等，因此，在施工分段规划时，可不必像水电站项目那样以工作内容、部位和进度为标准来划分施工标段，而是主要根据总干渠现有条件、行政区域、河流分界，分成若干个施工分段进行调配。这样划分单元既符合将来的施工分标，也能够与施工时当地相关部门管理的区域性相适应，有利于施工过程中管理协调工作的顺利进行。

在划分的单元中，再根据地形地质条件和设计的挖填分布及相应工程量的不同，将分段单元再划分为若干个长度为100m至2km 不等的小单元，并按照桩号顺序排列。设计过程中，就以这类小单元为研究对象，进行调配平衡规划。

此外，在划分总干渠的研究对象时不宜考虑沿线跨越车流较大的公路、铁路，以免增加调运的复杂性。

由于施工时间的限制，渠道中交叉建筑物先于总干渠施工，且其土石方工程量相对于渠道而言小得多，故交叉建筑物的土石方调配问题单独分项考虑，不和干渠的土方调配问题一起考虑。

1.2调、取土原则

由于填筑土料的单价是整个工程投资的关键所在，近距离调运和利用土方直接上堤利用，是减少填筑土方单价的最有效措施。

（1）尽量利用满足填筑质量要求的开挖料作为利用方。

（2）优先利用就近开挖的可利用土方进行填筑；当不能满足填

筑量需求时，则考虑调用邻近剩余的可利用土方；仍然不足的部分，则考虑沿渠道附近选择合格土料场取土。

（3）调配过程中，尽量调运可利用土方直接上堤填筑，减少二次转运调配，二次转运的利用料尽量考虑利用工程永久占地或附近弃渣场临时堆放，不增加临时占地，确实不足时再考虑增加临时堆场占地。

由于总干渠有较长渠段位于膨胀土区域，填筑过程中，为保证渠道边坡的稳定安全，局部部位采用非膨胀土换填。为减少投资，尽量利用无膨胀性土料换填，缺少无膨胀性土料或者无膨胀土运距过远时（经过经济比较暂定为不超过18～25km），则利用弱膨胀性土料改性后进行填筑。膨胀土区域土的调配优先于其他部位的土方调配。

1.3弃渣原则

弃渣的主要原则是尽量少占农田。弃渣时需根据土方和石方两种不同的料质特性区别堆弃与调配。

（1）土方开挖弃料，首先考虑就近在取土料场回填弃土料场回填弃土，这样既减少了因弃土堆放而增加的占地费用以及对周围环境的影响，又有利于恢复取土所破坏的耕地。

（2）对于剩余土方渣料，应尽量结合施工区附近的地形、地貌条件，弃于附近的高岗间凹地、沟谷、荒丘、低洼等地集中堆放，填坑补洼，改造农田。

（3）对石渣弃料需弃至集中弃渣场，如与土方弃料混弃时，应

考虑将石方料堆在底部，上覆土方。

（4）弃土回填土料场时，为节约临时堆存占地，考虑结合料场分区开采顺序，在料场开采范围临时堆存，堆高不超过5m。

（5）根据地形条件，土方弃料堆高尽量不超过3m，弃土后可复垦还耕，列为临时征地；如因地形地势，弃渣容量和堆弃石渣等情况的限制，可增加堆高至8m，列为永久征地。

2.调配数学建模求解

渠道工程的料物调配以土方为主，调配工作实质上是针对满足填筑质量的开挖土料和填筑土料两部分之间转换过程的规划。根据研究对象的挖填情况，分为挖填方区、挖弃方区与借填方区3个部分作为目标函数。

挖填方区。挖填方区的土料是指在渠道内开挖后直接上渠堤填筑，其费用只包括运输费用（开挖、填筑费用是必须发生的，在优化模型中可不予考虑），为调配数量与运距及运输单价的乘积。

挖弃方区。开挖后的土料直接运至规定地点堆弃，其费用为调配数量与运距及运输单价的乘积，此外还应包括无聊堆存占用弃渣场的费用。

借填方区。指从相邻对象借土或从料场采料填筑，对从相邻对象借土而言，其费用为调配数量与运距、运输单价的乘积，后者则需要加上土料开采的单价。

根据前述的调配原则，有如下目标函数的约束条件。①挖方：挖方总量=直接填方量+调出填方量+弃渣量；②填方：填方总量=直

接填方量+借填方量；③弃渣：各点弃渣量总和不大于该弃渣点弃渣容量；④借方：各点借方总量不大于本借点（开挖点或料场）可提供的土方总量。

3.结语

南水北调中线一期工程线路长、规模大、施工顺序有先有后、施工单位众多，是一项复杂的系统工程。其土石方调配涉及物料种类及边界条件繁多，调配过程复杂。采用分标段、按行政区划分的前提条件进行调配，其结果使减少征地、增加调配用量和直接上堤填方、缩短运距等方面得到合理优化。同时，在具体实施过程中，土方调配方案需与地方行政管理协调一致，根据地方规划和需要，结合当地的城建情况调整土石方平衡规划，合理地调配土料，尽可能提高工程建设的经济性，减少对生态环境的影响。