里睦水库引水隧洞除险整治方案研究

2014-03-07田艳艳郝鸿忠江西省赣西土木工程勘测设计院

河南水利与南水北调 2014年10期

□田艳艳 □郝鸿忠（江西省赣西土木工程勘测设计院）

1 里睦水库基本情况简介

里睦水库位于宜春市袁州区新坊乡里睦村，属赣江水系袁河支流新坊水，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖等综合效益的中型水库。水库坝址以上控制流域面积22.50 km2。水库总库容1812万m3，设计灌溉面积1333 hm2，枢纽工程等别为Ⅲ等，主要永久性建筑物为3级，次要建筑物为4级。枢纽工程主要建筑物有大坝、溢洪道、输水建筑物等。

水库地理位置重要，下游有新坊乡、下浦街道办、渥江乡及宜春市城区部分范围，约1667 hm2耕地、5万余人，以及浙赣铁路和清萍公路等重要交通设施。

2 输水建筑物目前存在的主要问题及安全鉴定结论

里睦水库现状输水建筑物为坝下涵管。该涵管于1976年10月底开始施工，1977年2月施工完毕。坝下涵管斜穿大坝，全长185.70m，进口位于大坝右端，底高程为155.05m，设有拦污栅、事故检修闸门及其启闭设备，出口位于大坝左侧，底高程为153.92m，管身为钢筋混凝土圆管，内径1.20m，壁厚0.50m，出口接引水钢管入发电厂房。

输水建筑物主要存在问题：一是启闭框架剥蚀、混凝土露筋现象严重，经检测，启闭框架标号为C9.6，不满足规范要求。二是经进管检查发现，涵管管内存在大量蜂窝麻面，部分钢筋外露、锈蚀，进、出口段管身存在12条裂缝，且检测涵管管身混凝土标号仅为C13.8，经复核，涵管管身结构强度满足规范要求，但不满足抗裂要求。三是涵管出口镇墩有一条纵向裂缝，贯通到镇墩底部，存在安全隐患。四是涵管进水口螺杆启闭机机座锈损，螺杆变形严重，操作失灵；闸门、埋件锈蚀，漏水严重；出口蝶阀锈损，操作失灵，漏水严重。

3 里睦水库引水隧洞除险整治方案研究

依据大坝两岸地形、地质条件，现状施工技术水平，拟采用在坝岸新建隧洞并封堵原涵管的方案。依据大坝两岸及隧洞沿线地形、地质条件，现状施工技术水平，初拟两个方案进行比较。方案一：在大坝左岸新建隧洞并封堵原涵管。方案二：在大坝右岸新建隧洞并封堵原涵管。

从工程地质条件看，左、右岸隧洞进口段围岩均为Ⅴ级，进口条件相似，左岸进口段围岩为全风化花岗岩（风化物为砂质粘土），右岸为强风化片岩，呈散体结构；左、右岸隧洞中部围岩级别为Ⅵ～Ⅴ级，但左岸存在花岗岩与片岩接触带，岩体破碎，稳定条件极差，两种方案均需要全段支撑、衬砌；左、右岸隧洞出口条件相同。左岸隧洞全长255m，右岸隧洞全长258m。左岸引水钢管长26m，右岸引水钢管长43m。根据工程量比较结果，右岸隧洞方案投资较左岸隧洞方案节省7.78万元。因此，推荐新建右岸隧洞方案。新建隧洞工程包括隧洞开挖、进口竖井、隧洞洞身衬砌、灌溉发电引水钢管、原坝下输水涵管进出口封堵和管内回填灌浆处理等。

新建隧洞进口位于主坝右岸坝轴线上游约120m处，出口位于右岸坝轴线下游约105m处，下接43m长引水钢管。引水系统全长301m，其中桩号0+000～0+175m为洞挖段，桩号0+175～0+258m为埋管段，桩号0＋258～301m为钢管段。

隧洞进口采用竖井式进水口，C25钢筋混凝土结构，底板高程为155.00m，闸墩顶高程159.50m，闸室上部为竖井，竖井顶部与工作桥相通，桩号0-009.25～0+000段为隧洞单向收缩喇叭进口段，闸室段长9.25m，宽3.60m，其内设有拦污栅槽及事故检修闸门，闸门槽孔口尺寸为1.80m×1.80m。隧洞内径为1.80m。隧洞进出口洞脸采用喷锚支护。隧洞出口压力钢管处设一进人检修孔及工作闸阀。

为了使衬砌和岩石紧密接合，使岩石承受一部分内水压力，并保证岩石压力均匀传递于衬砌上，隧洞要进行回填灌浆，回填灌浆一序孔布置在顶拱90度中心角的两侧，二序孔布置在顶拱，排距2m。为了加固岩石，减小岩石压力，提高岩石的弹性抗力，减小外水压力，对隧洞桩号0+000～0+175m进行固结灌浆，固结灌浆每排设置6孔，排距4m，孔深等于洞径净宽，为1.80m。

设计对隧洞全断面进行钢衬处理：现有输水涵管全线均采用C15混凝土封堵。其出口16m长管段挖除，采用透水性好的材料回填，并与下游坡坝脚衔接，以利大坝美观。

4 里睦水库引水隧洞除险整治方案相关计算

4.1 设计计算

4.1.1 隧洞过流量计算

对隧洞过流进行计算，计算结果见表1。

表1 隧洞过流量计算结果表

4.1.2 电站调保计算

为了确保隧洞运行的可靠性，首先判断电站输水管路是否需要设调压室来减小水击压力。判别公式如下：

式中：L—各段压力水管的总长度，L=301m；V—各段压力水道内的平均流速（m/s），V＝1.38m/s，（正常高水位177.05m情况下，此时发电流量为2.97m3/s）；H—水电站最小静水头（m），H=25.05。

符合上述不等式时，通常要设调压室。经计算，∑Lv=356 m＜18H=451m，所以不需要设调压室。

4.2 结构计算

4.2.1 隧洞衬砌计算

根据隧洞沿线地质条件，内水压力分布不同，对隧洞衬砌计算分3段进行。

计算原理：隧洞结构衬砌计算采用《水工隧洞设计规范SL279-2002》，配筋计算按照《水工钢筋混凝土设计规范SL/T191-96》中的公式计算偏心受压和偏心受拉构件，计算中不受最小配筋率限制，实际采用时可按照最小配筋率或少筋混凝土计算。

计算方法：隧洞结构计算采用电算，算出变位和内力，按偏心受压和偏心受拉构件进行配筋计算。

4.2.2 荷载组合及原则

在外水压力对衬砌不利时，按100%作用于衬砌上考虑，对衬砌有利时，将外水压力乘以折减系数。灌浆压力与外水压力不叠加，取大值作用于衬砌体上。考虑围岩抗力时，不计侧向山岩压力，计入垂直山岩压力时，不计入侧向山岩压力。

4.2.3 计算结果

经计算得各截面能满足结构要求。

4.2.4 引水钢管管壁厚度计算

钢管承受内压时，计算得主管内衬钢管管壁厚为1.68mm，支管内衬钢管管壁厚为1.35mm。考虑钢管运行中的锈蚀和磨损及构造要求等，取主管内衬钢管管壁厚为12mm，取支管内衬钢管管壁厚为8mm。

4.3 引水隧洞进口事故检修闸门及启闭设备

4.3.1 基本设计资料介绍

闸门采用潜孔式，孔口尺寸(宽×高)为1.80m×1.80m，采用1个孔口，1扇闸门，校核洪水位为179.51m，设计洪水位为178.59m，正常蓄水位为177.05m，底板高程为155.05m。

4.3.2 概述

为满足水轮机组及洞身检修的需要，在隧洞进口处设置事故检修闸门。闸门采用金属热喷锌防腐措施，喷锌前应进行喷砂除锈，闸门除锈等级为Sa2 1/2级，埋件除锈等级为Sa2级；所用锌丝应光洁、无锈、无油、无折痕。喷涂层最小局部厚度为160μm；喷锌后封闭涂料采用环氧沥青防锈漆（厚120μm），封闭后直接使用各色环氧面漆（厚100μm），且满足规范“DL/T 5358-2006”规定。

4.3.3 闸门重量及启闭力计算

闸门重量及启闭力计算根据以下公式估算得：