[发明专利]基于河床沉降的悬河治理方法

权利要求书

1.一种基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100修筑穿堤隧道，所述穿堤隧道包括始发井、接收井、水平隧道和上仰隧道，所述始发井位于河堤外侧，所述接收井位于远离河堤的河滩，所述始发井与所述接收井的底部标高相同；所述水平隧道在河床下部并穿越河堤，所述水平隧道的两端分别与所述始发井和所述接收井的底部连接，所述上仰隧道呈设定仰角倾斜，所述水平隧道的始发井端与所述上仰隧道的较低端连接，所述上仰隧道的较高端延伸至河堤外侧地面；

S200修建输沙通道，所述输沙通道一端的边坡与箕状围堰末端连接，所述输沙通道的另一端延伸到入海口；

S300修建箕状围堰，所述箕状围堰位于上仰隧道的较高端与输沙通道连接部的两侧，所述箕状围堰首端与上仰隧道的地面口边沿连接，箕状围堰末端与输沙通道的边坡连接，且箕状围堰的基底呈设定仰角设置；

S400将河水引入接收井，让含泥沙的洪流沿着构建的穿堤隧道、箕状围堰和输沙通道进入大海；河道的河床随着泥沙的外泄，逐渐降低至穿堤隧道接收井底部的高度。

2.根据权利要求1所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，在箕状围堰首端与上仰隧道的地面口边沿连接处设置闸门，在上仰隧道修筑后安装，所述闸门用于通过启闭控制隧道的运行。

3.根据权利要求1所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，所述水平隧道的走向与河流走向一致；所述上仰隧道和箕状围堰基底的设定仰角都为10°；所述输沙通道横断面积大于所述穿堤隧道的横断面积。

4.根据权利要求1所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，所述穿堤隧道修筑采用盾构机法，选择泥水平衡式盾构机，施工步骤如下：

S110始发井与接收井施工，包括在河堤外侧开阔地开挖始发井，在远离河堤的滩区开挖接收井，始发井和接收井的尺寸根据设计确定，始发井和接收井的井壁用混凝土加固，接收井的井壁上预留盾构机出口，始发井内设盾构机座和盾构机推进的后座；

S120水平隧道施工，包括将盾构机吊入始发井，组装并装配相应的千斤顶；用千斤顶之力驱动盾构机朝接收井方向掘进，管片拼装，壁后注浆、成型隧道，掘进到达接收井，进行洞门外土体加固、洞口围护及洞门装置安装、洞门注浆堵水处理，拆解盾构机吊出接收井，清理并加固接收井；

S130上仰隧道施工，包括预制混凝土的砼环，自水平隧道的始发井端依设定仰角向地面开挖，在上仰隧道的基地布设两根龙骨作为砼环的基座，龙骨用混凝土浇筑固定，将砼环吊装到基座上，砼环拼装时，砼环间采用混凝土浇筑并整平，基座与砼环间采用混凝土充实加固，砼环拼装与回填同步，两边回填土层需对称，至拱顶后要分层填满至完成水平隧道与上仰隧道连接；在上仰隧道初步施工一段后，在结合部施工，在水平隧道和上仰隧道间绑扎钢筋，安装内外模板，采用混凝土集中拌和、泵送入模及振捣器捣固，砼环拼装至砼环顶部到达地面。

5.根据权利要求4所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，在盾构机掘进贯通前，在距离接收井不同的设定距离位置，分次对盾构机的姿态进行复核测量，复核测量包括到达洞口位置及轮廓复核测量，依据复核测量的结果确定盾构机的姿态是否需要调整。

6.根据权利要求1所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，所述输沙通道修建的施工过程如下：

采用大型挖掘机按照设计线路进行挖掘施工，将掘出的泥土用于构筑两侧边的边坡，挖掘形成截面为上宽下窄的输沙通道，输沙通道长度为箕状围堰末端至入海口，输沙通道的底面和边坡采用混凝土预制板浇筑。

7.根据权利要求1所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，所述箕状围堰的底部和边坡用混凝土预制板衬砌或者混凝土浇筑。

8.根据权利要求4所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，所述龙骨采用直径不小于30厘米的钢管。

9.根据权利要求6所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，所述输沙通道的两侧边坡角为45°。

10.根据权利要求1所述的基于河床沉降的悬河治理方法，其特征在于，构建穿堤隧道模型进行稳定性分析，采用以下公式计算穿堤隧道的稳定系数：

δ＝-τ+ετ1-τ2-τcosα-τ2εusinβ-αAtanθ+clτ+ετ1-τ2-τsinα+τ2εuAcosβ-α

上式中，δ表示穿堤隧道的稳定系数；τ表示穿堤隧道壁面结构体的容重；ε表示穿堤隧道壁面结构体发生滑塌的渗透面以下滑塌面积占总滑塌面积的比例；τ1表示穿堤隧道壁面结构体的饱和容重；τ2表示水的容重；cos表示余弦函数；α表示破坏面与x轴的夹角，x轴为穿堤隧道壁截面的横向水平方向轴；u表示渗流梯度的绝对值；sin表示正弦函数；β表示渗透力的方向与x轴的夹角，其中渗透力的方向与渗流方向一致；A表示穿堤隧道壁面结构体发生滑塌的总滑塌面积；tan表示正切函数；θ表示穿堤隧道壁面结构体的内摩擦角；c表示穿堤隧道壁面结构体的强度指标，即凝聚力，单位为kg/cm²；l表示穿堤隧道壁面结构体截面对应的滑塌面曲线长度；

根据穿堤隧道的稳定系数计算结果，指导穿堤隧道的加固，并将稳定系数与预设阈值对比验证穿堤隧道的稳定性，若稳定系数大于或者等于预设阈值则说明穿堤隧道的稳定性良好，若稳定系数小于预设阈值则说明需要调整穿堤隧道的加固方案。