某水库除险加固中泄洪输水隧洞方案比选

2020-11-19肖光辉

陕西水利 2020年9期

肖光辉

（江西省高安市樟碧水库管理局，江西高安 330800）

1 工程概况

某处险加固水库原设计总库容1340 万m3，除险加固后总库容1675 万m3，水库规模为中型，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为大坝、放空泄洪隧洞、输水隧洞、输水涵洞等，主要承担下游农田灌溉、镇村防洪和向洋派水库引水等任务。泄洪隧洞布置于大坝右岸，总长295.5 m，进口底板高程1962.0 m，出口底板高程1959.0 m。洞身为钢筋混凝土无压洞，衬砌厚度35 cm，断面为3.0 m×3.0 m 城门洞型，进口安装1.85 m×2.0 m 平板钢闸门2 套，在操作台上设卷扬启闭机及机房，最大下泄流量42.5 m3/s。原泄洪隧洞主要结构(竖井、洞身)中均采用了大量的浆砌石，抗震稳定性差，存在严重安全隐患。泄洪隧洞竖井结构曾出现裂缝、井壁渗水，启闭机房下部纵梁有5 条可见裂缝，混凝土疏松、蜂窝、麻面、孔洞现象较普遍，跑模现象严重；拱肩位置多处钢筋锈蚀外露。

2 泄洪隧洞结构安全评价

2.1 现场检查

经现场检查，发现以下质量问题：（1）泄洪隧洞启闭机房及竖井整体外观较好，交通桥为钢架支撑结构，桥墩为砌体结构，整体外观质量尚好；（2）启闭机工作梁横梁混凝土外观质量较好，纵梁有5 条可见裂缝，长约20 cm、宽约0.3 mm，局部混凝土破损，检修平台混凝土外观质量较差，混凝土较疏松，该竖井水下部分浆砌石因年久失修存在裂缝，造成竖井井壁渗水，影响泄洪隧洞结构安全；（3）根据原设计图，泄洪洞洞身底板及边墙为C15 钢筋砼衬砌，顶拱为C15 素砼衬砌，实际施工时，除闸后连接段和出口段外的其余洞身段顶拱只进行了初期支护，衬砌混凝土质量较差，混凝土表面疏松、蜂窝、麻面、孔洞现象较普遍；（4）洞身拱肩位置多处钢筋外露锈蚀，洞内多处有渗漏水现象，白色析出物较多；（5）底板有浮浆覆盖，有横向裂缝；（6）进口段左侧墙有较多裂缝；（7）工作闸门附近拱顶及侧墙渗漏现象严重，并有白色析出物；（8）泄洪隧洞出口段为砌石结构，有少量勾缝砂浆脱落，陡坡段右侧墙有3 条竖向裂缝，缝宽约1 mm，消能防冲段混凝土浇筑质量差，表面不平整，底板被青苔覆盖，跑模现象普遍。

2.2 安全评价

泄洪隧洞竖井结构曾出现裂缝，启闭机房下部纵梁有5 条可见裂缝，混凝土疏松、蜂窝、麻面、孔洞现象较普遍，跑模现象严重；拱肩位置多处钢筋外露锈蚀，经综合分析，评定泄洪隧洞安全等级为 C 级[1]。

图1 泄洪洞洞壁渗漏现状图

图2 泄洪洞洞身及出口消能段跑模现状图

3 泄洪与输水方案比选

根据泄洪隧洞安鉴结论和除险加固建议，结合水库泄洪特性，本次考虑原泄洪隧洞改建无压泄洪和有压泄洪以及改建为输水隧洞并新建溢洪道3 种方案进行综合比较，择优选为推荐方案[2]。

3.1 泄洪与输水方案

（1）无压泄洪改建

无压泄洪隧洞由拆除原泄洪隧洞重建而成，改建后无压泄洪隧洞全长250.0 m，由进口引渠段、拦沙井段、闸室启闭塔段、无压洞身段、泄槽段、消力池段和尾水段组成。校核（P=0.1%）洪水位1985.74 m，对应下泄流量44.3 m3/s，设计（P=1%）洪水位1981.73 m，对应下泄流量44.3 m3/s，消能防冲（P=3.33%）下泄流量42.57 m3/s。

拦沙井C25 钢筋砼衬砌，顶高程1968.50 m，闸室C30 钢筋砼衬砌，安装1.8 m×1.8 m 检修平面钢闸门和工作平面钢闸门各1 道，闸室以上新建C25 钢筋砼井筒至坝顶高程，衬砌厚度50 cm，启闭层配QP-160-25/3 卷扬启闭机2 台，无压洞身段拆除原砌体并采用C30 钢筋砼衬砌，衬砌厚度40 cm，洞身按原设计断面设计，为3.0 m×3.0 m 城门洞形，顶拱135°，出口泄槽段C40 钢筋砼衬砌，底宽4.5 m，边墙高6.5 m，出口地层岩性为泥岩、泥岩夹粉砂质泥岩，为软岩，采用底流消能，消力池长32 m，净宽4.5 m，池深6.5 m，C40 钢筋砼衬砌，尾水段底宽4.50 m，边墙高3.75 m，底板C25 砼衬砌，边墙M7.5 浆砌石衬砌。

（2）有压泄洪改建

有压泄洪隧洞由原泄洪隧洞改建而成，改建后有压泄洪隧洞全长270.0 m，由进口引渠段、拦沙井段、检修闸室启闭塔段、洞身埋管段、出口埋管段、工作闸室段、泄槽渐变段、消力池段和尾水段组成。校核（P=0.1%）洪水位1986.31 m，对应下泄流量39.62 m3/s，设计（P=1%）洪水位1982.27 m，对应下泄流量37.55 m3/s，消能防冲（P=3.33%）下泄流量 36.41 m3/s。

拦沙井采用C25 钢筋砼衬砌，顶高程为水库30 年后淤积高程1968.40 m，闸室C30 钢筋砼衬砌，安装1.8 m×1.8 m 检修平面钢闸门1 道，闸室以上新建C25 钢筋砼井筒至坝顶高程，衬砌厚度为50 cm，启闭层配QP-160-25/3 卷扬启闭机1 台，原洞身段内埋设D1820×14 螺旋钢管（原洞身断面为3 m×3 m 城门洞形，埋设直径1.8 m 钢管后，两侧剩余0.6 m的施工宽度，埋设直径更大的钢管施工困难）并采用C15 砼封堵洞身，出口埋管段埋设D1820×14 螺旋钢管，工作闸室为C40 钢筋砼衬砌，安装1.5 m×1.5 m 工作弧形钢闸门1 道，启闭层配QHQY-630/250 液压启闭机1 台，泄槽段C40 钢筋砼衬砌，底宽2.5 m～4.5 m，边墙高2.82 m～6.5 m，采用底流消能，消力池长29.1 m，净宽4.5 m，池深6.5 m，C40 钢筋砼衬砌，尾水段底宽4.50 m，边墙高3.75 m，底板C25 砼衬砌，边墙M7.5浆砌石衬砌。

（3）泄洪隧洞改建为输水隧洞并新建溢洪道

本泄洪隧洞改造为输水隧洞：拆除现状泄洪隧洞进口段及闸室段，按输水要求新建进口拦沙井段：长5 m，宽1.8 m，高6.49 m，C25 钢筋砼衬砌厚50 cm；检修闸室段长5 m，淤积高程1968.4 m 以下设为井筒，以上为排架结构，闸室内设1 m×1 m检修闸门一道；洞身内埋设D1220 螺旋钢管，壁厚12 mm，埋管外包C15 砼对洞身封堵加固，埋管在0+167.26 里程分叉，一叉顺原轴线延伸接出口陡坡至下游溢洪道消力池（泄洪洞改造为输水隧洞需新建溢洪道），右侧叉穿出洞身，向上爬高4.0 m 接至原输水涵洞出口段，顺涵洞出口段布置至渠道，出口设置闸阀房、消力池段、连接段，总长233.0 m。

新建溢洪道：布置在大坝右岸，为开敞式设闸溢洪道，堰宽3.0 m，底板高程为1976.90 m，正常蓄水位1980.15 m；溢洪道全长205.0 m，包括进口引渠段、控制段、缓坡泄槽段、陡坡泄槽段、消力池段、尾水渠段部分；控制段采用设闸宽顶堰，闸门尺寸为3 m×4 m，出口采用底流消能。P＝0.1%时，校核水位1984.48 m，下泄流量44.30 m3/s；P＝1%时，设计洪水位1982.39 m，下泄流量44.30 m3/s；P＝3.33%时，水位1981.19 m，下泄流量39.97 m3/s。

3.2 方案比选

（1）调洪成果对比见表1[3]。

表1 3 种方案调洪成果对比表

根据上表3 种方案的调洪成果可知，新建溢洪道单独泄洪方案较隧洞无压泄洪和有压泄洪方案校核洪水位分别降低1.26 m 和1.83 m。泄洪隧洞当库水位超过汛限水位，隧洞开启工作闸门泄洪，闸门经常性启闭。虽溢洪道也设闸门，但溢洪道闸门较隧洞闸门工作水头低，且汛期不用启闭闸门，运行方便，从调洪及水库防洪角度新建溢洪道方案为较优。

（2）工程投资对比见表2[4]。

通过对比表可知，泄洪隧洞改建为有压泄洪隧洞并新建输水隧洞方案投资最省，泄洪隧洞改建为输水隧洞并新建溢洪道方案和泄洪隧洞改建为无压泄洪隧洞并新建输水隧洞方案较之投资分别增加20.24 万元和48.27 万元，从节省工程投资角度有压泄洪隧洞并新建输水隧洞方案为枢纽泄、输水方案较优。

表2 各方案工程量、投资比较表

（3）方案比选结论。

综上比较，泄洪隧洞改建为无压泄洪隧洞并新建输水隧洞方案投资最高，泄洪隧洞承担施工期导流任务，只能枯期施工，该方案需拆除整个隧洞原砌体结构并扩挖重建，工程量、施工难度和施工强度都是三者中最大的，不予推荐。泄洪隧洞改建为输水隧洞并新建溢洪道方案产生大量弃渣，施工期环境影响较大且增加额外的水保投资和弃渣场占地，水库现状下游两岸村庄较多，耕地密布，交通发达，经济相对发展较好，河道泄洪能力已按现状水库泄洪条件发展定型，新建溢洪道会加大水库下泄流量，加大水库下游防洪压力。故本次推荐投资最省的泄洪隧洞改建为有压泄洪隧洞并新建输水隧洞方案为枢纽泄洪、输水建筑物布置方案[6]。

3.3 结构布置

采用泄洪隧洞改建为有压泄洪隧洞并新建输水隧洞方案为枢纽泄洪、输水建筑物布置方案时，泄洪洞、输水隧洞结构布置如下：泄洪放空隧洞：泄洪放空隧洞由原泄洪隧洞改建而成，改建后有压泄洪隧洞全长270.0 m，由进口引渠段、拦沙井段、检修闸室启闭塔段、洞身埋管段(铺设D1820×14 螺旋钢管并采用C15 砼封堵洞身)、出口埋管段、工作闸室段、泄槽渐变段、消力池段和尾水段组成，最大下下泄流量39.62 m3/s。

新建输水隧洞：布置在顺流右岸，全长255.0 m，由进口段、有压段、闸室段、无压段、出口段组成。根据隧洞出口连接灌溉沟的高程要求，隧洞设计底坡i 取1/200（与原输水高涵底坡相同）。有压洞身段长40 m，设计断面为1.5 m×1.8 m 方形断面，C25 钢筋砼衬砌，衬砌厚40 cm；竖井闸室段长7.2 m，竖井外轮廓为6.2 m×4.2 m 矩形，C25 钢筋混凝土衬砌，厚50 cm，闸室设1 m×1 m 平板铸铁工作、检修闸门各1 道，配手电两用LG-250kN 启闭机2 台；无压洞身段长175.8 m，设计断面为1.5 m×1.8 m 城门洞形断面，C25 钢筋砼衬砌，衬砌厚40 cm；出口连接段长5 m，边墙采用M7.5 浆砌石衬砌，底板采用C25砼衬砌。隧洞设计流量5.7 m3/s，出口接现状灌溉沟。