小型水庫放水隧洞及排空閘設計

陳建設

(福建省南安市水利局，福建南安362300)

小型水庫放水隧洞及排空閘設計

陳建設

(福建省南安市水利局，福建南安362300)

小型水庫一旦出險，排空水庫是搶險的關鍵措施，在小型水庫的除險加固設計過程中，新建放水隧洞時增設排空閘，利用隧洞因施工要求盈余的斷面在出險時排空水庫是科學合理的;以南安市紅嶺小Ⅰ型水庫為例，探討小型水庫新建隧洞與水庫應急排空通道結合的重要意義。

小型水庫;搶險放水隧洞;應急排空通道;排空閘

1 放水隧洞與水庫應急排空通道相結合

紅嶺水庫是南安市第二批重點小型水庫除險加固工程，其中新建放水隧洞、封堵原壩下埋涵是本次加固的主要內容之一。新建隧洞為城門形，襯砌后斷面 b×h=1.3 m×1.8 m。在水庫放水隧洞設計過程中，原來的設計只是以保證原灌溉情況下進行進口閘門的設計，洞身由于施工要求，斷面盈余很多，因此，可充分利用盈余的隧洞斷面，增設進口排空閘門，作為水庫萬一出險時的應急排空通道。

2 放水遂洞的現狀和改造的必要性

現有小型水庫絕大多數始建于上世紀50～70年代，大部分為土壩，且設計標準低。放水遂洞設計和施工質量差、斷面小、存在著嚴重的安全隱患又沒有辦法檢查，改造放水遂洞是小型水庫除險加固工程中的必要措施。

3 放水隧洞與水庫應急排空通道相結合的重要意義

放水遂洞的加固，在資金、地形、地質條件允許時，一般采用新建放水隧洞和封堵舊涵洞等措施來排除險情。水庫出險時一般都處于滿庫狀態，此時降低庫水位、減少水庫蓄水量、保住工程安全、減少洪水給下游人民群眾造成生命財產損失是至關重要的。2000年5月，我市小Ⅱ型古后水庫出險時，為了降低庫水位只能采取開挖降低溢洪道。可溢洪道在較堅硬的巖基上，古后水庫又處于較高的山坡上，交通很不方便，搶險時抄小路要走1 h以上，機械到不了，溢洪道又緊靠大壩不能爆破，人工開挖降低溢洪道十分困難，速度緩慢，甚至談不上搶險。所以，小型水庫除險加固如果有涵洞改隧洞的條件，采用隧洞排空的方法消除是科學合理的方法，但必須增設排空閘。

4 應急排空閘的孔口斷面、隧洞過水斷面設計

由于小型水庫一般庫容較小，放水隧洞的斷面相對于小型水庫的庫容來講是比較大的。因此，為保證迎水坡的穩定，庫水位的削落速度必須得到有效控制，施工要求的隧洞最小斷面一般能夠滿足應急排空放水流量的要求，但必須首先計算隧洞斷面的過流量是否滿足水位降低速度＜5 m/d的要求，是否因流量太大、需要設置閘門控制，再進行孔口斷面的設計。

隧洞過流能力計算要根據隧洞的各種情況(邊界條件)進行過水能力計算，此次工程采用非淹沒壓力流計算公式:

經計算本隧洞最大過流量為19.24 m3/s，當水庫從校核水位降落至死水位時，水庫的水位下降速度約5 m/d，降落期約2 d，滿足水位降低速度要求，不需要閘門對其控制，閘門過水斷面 b×h=1.3 m ×1.8 m。

5 大壩迎水坡滲流安全復核

雖說已對庫水位削落進行控制，迎水坡的水位驟降滲流安全還需要進行復核，此次工程滲流安全計算依據《福建省南安市紅嶺水庫除險加固工程初步設計報告》(2011年3月)中的各巖土層物理力學參數，采用“河海大學編寫的《水工結構有限元分析系統(AutoBank)》”對大壩在應急排空時的水位驟降進行迎水坡滲流分析計算，該軟件加入邊界條件后應用有限元進行分析，按大壩最大斷面進行計算。結果為單寬滲流量0.23 m/d，出逸坡降 J=0.50，小于 J允=0.62，滿足設計規范要求。

大壩迎水坡穩定計算依據《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274—2001)，經采用簡化畢肖甫法計算大壩最小安全系數為1.22，滿足水位驟降時壩坡抗滑穩定最小安全系數≥1.15的要求。

經以上計算，紅嶺水庫除險加固后的隧洞斷面和進口斷面滿足應急排洪要求，迎水坡安全系數也滿足要求。

6 結語

小型水庫在除險加固時，如果有新建放水隧洞，其斷面通常都是為了滿足施工要求設計的，遠大于正常放水所需的斷面，在設置正常放水閘的同時增設一個水庫應急排空閘是科學合理可行的;紅嶺水庫的應急排空閘和正常放水閘的啟閉都在鋼筋混凝土豎井上，實踐證明還有優化的空間，可設計排架的，也可采用靠在山坡的斜拉閘或轉動門蓋，甚至可以只設置正常放水閘，在其邊上設置一塊獨立的鋼筋混凝土板，當水庫萬一出險時從隧洞出口進去用炸藥炸開，也可達到應急放水的目的。應急排洪時，原放水渠道遠不能滿足排洪要求，為保證應急排洪時的行洪安全，有條件的要把水流接入溢洪道或原河道。

［1］賈官偉，詹良通，陳云敏.水位驟降對邊坡穩定性影響的模型試驗研究［J］.巖石力學與工程學報，2009(09):1 798-1 803.

［2］福建省南安市紅嶺水庫除險加固工程初步設計報告［R］.永川:福建永川水利水電勘測設計院有限公司，南安:南安市水利局，2011.

［3］SL 274—2001碾壓式土石壩設計規范［S］.

TV732

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1007-7596(2012)09-0074-01

2012-08-07

陳建設(1957-)，男，福建南安人，工程師，從事水利工程管理工作。