(中鐵十四局集團(tuán)海外工程分公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 工程概況

Mirador銅礦位于南美洲厄瓜多爾國東南部的薩莫拉欽奇佩省，距厄瓜多爾第三大城市昆卡市直線距離約100km。Wawayme東排土場位于Mirador銅礦南礦東北面的Wawayme河谷地，用于排放南礦露天采場開挖廢棄料。排土場最終堆放標(biāo)高1500m，排放總高度400m，堆存容積為1.04億m3。由于銅礦所在地區(qū)雨量充沛，平均年降水量達(dá)3000mm，河流發(fā)育，坡面匯水面積大，為降低Wawayme東排土場安全風(fēng)險(xiǎn)，需在其上游設(shè)置排洪溝對(duì)山區(qū)坡面匯水進(jìn)行排導(dǎo)。

排洪溝采用雙向排水，分為南、北兩區(qū)排洪溝。北區(qū)排洪溝起點(diǎn)高程為1619.0m，終點(diǎn)高程為1580.0m，縱坡0.01，線路總長度約4.0km。根據(jù)北區(qū)排洪溝實(shí)際地形及天然沖溝分布情況，將北區(qū)排洪溝分N1、N2和N3三個(gè)分區(qū)。北區(qū)排洪溝總體平面布置如下圖所示。

北區(qū)排洪溝總體平面布置圖

2 洪峰計(jì)算

Mirador銅礦服務(wù)年限不小于25年，依據(jù)《冶金礦山采礦設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50830—2013)附錄A中礦山規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)，Mirador銅礦屬于特大型礦山工程項(xiàng)目，相應(yīng)的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期50年，校核洪水重現(xiàn)期100年。

本文采用推理公式法和最大清水洪峰流量計(jì)算法分別對(duì)洪峰進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所列。

表1 北區(qū)排洪溝洪峰流量計(jì)算結(jié)果對(duì)比

注方法一：推理公式法；方法二：最大清水洪峰流量計(jì)算法

結(jié)合排洪溝以上流域分布來看，設(shè)計(jì)流域溝道眾多且分散，洪水大多以坡面形式匯流為主，按坡面洪水計(jì)算符合地區(qū)洪水特性，雖然最大清水洪峰流量計(jì)算法較推理公式計(jì)算成果小，但與實(shí)際地形地貌及流域分布符合性更好，因此推薦采用最大清水洪峰流量計(jì)算法。

3 水力設(shè)計(jì)

本文采用明渠均勻流公式進(jìn)行明渠過流能力初步計(jì)算，同時(shí)考慮轉(zhuǎn)彎處水面高差及安全超高，初步確定排洪溝各分區(qū)尺寸。然后采用恒定非均勻流理論計(jì)算明渠水面線，并根據(jù)水面線計(jì)算結(jié)果對(duì)排洪溝凈斷面尺寸進(jìn)行復(fù)核。

3.1 斷面尺寸初擬

3.1.1 明渠均勻流計(jì)算

根據(jù)直線段及轉(zhuǎn)彎段明渠均勻流計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地形條件、施工及線路轉(zhuǎn)彎要求，N1、N2、N3區(qū)渠道最小轉(zhuǎn)彎半徑取為12m、12m和20m，底板寬取為2.0m、2.2m和3.0m。經(jīng)計(jì)算，N1、N2、N3區(qū)明渠均勻流水力學(xué)計(jì)算結(jié)果如表2、表3所列：

表2 明渠均勻流水力學(xué)計(jì)算(設(shè)計(jì)洪峰流量)

表3 明渠均勻流水力學(xué)計(jì)算(校核洪峰流量)

由計(jì)算結(jié)果可知，設(shè)計(jì)洪峰流量下，N1、N2、N3區(qū)直線段正常水深分別為1.06m、1.16m和1.99m，轉(zhuǎn)彎段正常水深分別為1.18m、1.29m和2.20m；校核洪峰流量下，N1、N2、N3區(qū)直線段正常水深分別為1.13m、1.23m和2.12m，轉(zhuǎn)彎段正常水深分別為1.25m、1.37m和2.34m。

3.1.2 安全超高計(jì)算

轉(zhuǎn)彎段明渠凹岸與凸岸的水面高差Δh按式(1)計(jì)算：

(1)

式中 Δh——橫向水面高差，m；

v——流速,m/s；

h——正常水深，m；

r——最小轉(zhuǎn)彎半徑，m；

A——過流面積，m2；

g——重力加速度，m/s2。

經(jīng)計(jì)算，N1、N2和N3最小轉(zhuǎn)彎半徑下凹岸與凸岸的水面高差分別為0.13m、0.16m和0.23m。

根據(jù)《灌溉及排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288—99)要求，排水溝設(shè)計(jì)水位不低于堤頂0.2m，結(jié)合實(shí)際工程情況，各分區(qū)排洪溝安全超高取值均為0.3m。

3.1.3 斷面尺寸初擬

根據(jù)上述明渠均勻流正常水深及安全超高計(jì)算結(jié)果，初步擬定明渠凈斷面尺寸，如表4所列。

表4 排洪溝各分區(qū)尺寸初擬結(jié)果

注數(shù)值A(chǔ)/數(shù)值B，數(shù)值A(chǔ)為設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算結(jié)果；數(shù)值B校核洪水位計(jì)算結(jié)果。

初擬各分區(qū)排洪溝斷面尺寸分別為2.0m×1.7m、2.2m×2.0m、3.0m×3.0m。各分區(qū)斷面在遭遇校核洪水(100年一遇)時(shí)仍可以保證排水能力。

3.2 斷面尺寸復(fù)核

采用恒定非均勻流理論，根據(jù)能量方程，用分段求和法計(jì)算明渠水面線，考慮明渠縱坡較小、流速較低，故不考慮摻氣水深。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)洪峰流量和校核洪峰流量下明渠水面線如表5所列。

表5 明渠水面線計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果表明，各分區(qū)水面線均為降曲線，各分區(qū)最大計(jì)算側(cè)墻高分別為1.68m、1.80m和2.87m，墻高均低于初擬墻高尺寸，滿足計(jì)算要求。

綜合上述計(jì)算成果，排洪溝各分區(qū)排洪溝斷面尺寸最終確定為2.0m×1.7m、2.2m×2.0m、3.0m×3.0m。

4 結(jié) 語

本文采用推理公式法和最大清水洪峰流量計(jì)算法兩種方法對(duì)排洪溝洪峰流量進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：最大清水洪峰流量計(jì)算法較推理公式計(jì)算成果小，但與實(shí)際地形地貌及流域分布符合性更好，因此推薦采用最大清水洪峰流量計(jì)算法。因此，洪峰流量推薦采用最大清水洪峰流量計(jì)算法成果，即：N1、N2和N3設(shè)計(jì)洪峰流量分別為9.09m3/s、2.51m3/s和24.16m3/s，校核洪峰流量分別為9.87m3/s、2.72m3/s和26.24m3/s。

根據(jù)洪峰流量計(jì)算結(jié)果，本文采用明渠均勻流計(jì)算公式，對(duì)明渠過流能力進(jìn)行初步計(jì)算，并考慮轉(zhuǎn)彎處水面高差及安全超高，初步擬定排洪溝各分區(qū)尺寸。進(jìn)而采用分段求和法計(jì)算明渠水面線，計(jì)算結(jié)果表明：各分區(qū)水面線均為降曲線，初擬斷面尺寸滿足計(jì)算要求。N1、N2和N3斷面尺寸最終確定為2.0m×1.7m、2.2m×2.0m、3.0m×3.0m。