輸送水隧洞方案設計探討

深圳市廣匯源水利勘測設計有限公司 廣東深圳 518020

摘要：水庫輸送水工程設計的合理與否，關系到人們正常的生活用水及生產。本文根據多年工程實踐，對某水庫的輸送水方案設計進行探討。

關鍵詞：輸水工程；輸水長隧洞；設計方案

一、工程概況

某水利區域處于低山丘陵區，洞線地表大部分地段呈現山高、坡陡、谷深的特點。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，主要建筑物為1級建筑物，洪水50年一遇作為設計標準，校核洪水標準為200年一遇。輸水規模為70m3/s。根據前期大量的方案比較，選出三種設計方案：I方案：從水庫壩下自流引水至A村；Ⅱ方案：從水庫壩下提水至B村；Ⅲ方案：從水源水庫庫區自流引水至B村。

二、3條輸水線路方案

（一）水庫壩下自流引水方案（I方案）

本方案由取水頭部、輸水隧洞及出口建筑物組成，進口設在水庫上游右岸5.4km處。此處山體巖性為安山質角礫巖，巖體完整，庫岸穩定。出口設在距A村1.50km處。輸水隧洞長85.3km，隧洞底坡為1：2380.

（二）水庫壩下提水引水方案（B方案）

本方案輸水線路由泵站、壓力管道、暗渠、隧洞等幾部分組成。進口引水線路起點提水泵站設在水庫庫區右岸，距電站大壩360m，揚水高度為50.88m，經2453.00m長壓力鋼管將水提升到283.00m高程的穩流池，再經過長1257.50m的明流暗渠到達隧洞進口。隧洞出口位于距B村1.00km處。由于是提水方案，隧洞埋深較淺，尤其是在樁號13+230。00～14+520.00過六股河約1290.00m長地段，地質條件較差，洞頂最小埋深不足1倍洞徑，需采用明挖處理。引水隧洞長66.69km，隧洞底坡為1：2615。

（三）水庫壩上自流引水方案（Ⅲ方案）

取水頭部設在水庫庫區右岸的A溝與B溝之間的馬面石處，距B溝約2.60km，距水庫大壩約6.00km.隧洞出口位置同Ⅱ方案。引水隧洞長71.5lkm，隧洞底坡為1：2465.

三、方案比較

（一）線路布置

從隧洞線路布置來看，I方案為自流引水，整個隧洞沿線靠近省級公路，沿線村屯眾多，交通方便，有利于水、電、通訊、供應和施工機械的進場、出場運輸，但線路較長，為85.3km；II方案為泵站提水，年耗電量為4.40億kWh，最大可達4.84億kWh，引水費用較高，然而線路最短，為66.69km；Ⅲ方案也為自流引水，線路長度為71.51km，長度居中，但由于隧洞沿線無大型河谷，相對村屯較少，距公路較遠，尤其是隧洞進口處，山路崎嶇，巖石陡峭，進場公路需開山鑿洞，開挖量大，交通條件差。

（二）地質條件

（1）從區域構造穩定性方面看，本工程區地震基本烈度小于6度，三條洞線均無區域性深大斷裂通過，且洞線基本走向與區域應力場最大主應力方向一般均為30o～45o，區域地質條件基本一致。

（2）從地形地貌來看，三條洞線區均屬低山丘陵區，峰谷相間，溝谷發育，洞室埋深一般為100.00～300.00m，對施工布置較為有利。以洞室底板高程控制，I洞線洞室頂板埋藏較深，為52.00-600.00m，有利有弊，利在無淺埋段，弊在較大埋深部位地應力值偏高，有發生巖爆的可能；Ⅱ洞線除了也存在發生巖爆可能的深埋段外，尚有多處淺埋段，其中在六股河河谷處洞頂埋深不足1倍洞徑，在牛毛河河谷處洞頂埋深24.00m，巖體厚12.00m，上覆巖體厚度不足，這兩處河谷部位無成洞條件或基本無成洞條件，若明挖，則施工排水等問題難以解決。該洞線隧洞進口之前有明挖段，因地下水位高同樣存在排水問題；Ⅲ洞線洞臉位于水庫右岸一陡崖下，進口段施工條件極差，洞線主要有三處河谷淺埋段，洞頂最小埋深為32.00m，對成洞不利。

（3）從巖性來看，I、Ⅱ洞線比較，巖性條件基本相同，軟質巖所占比例均較小，以Ⅱ洞線為多；Ⅲ洞線巖性與I，II洞線有一定差別，即軟質巖與小嶺組地層所占的比例較大，對圍巖穩定不利。

（4）從穿越主洞線的斷層數量來看，I洞線為29條，最多，Ⅱ洞線為15條，居中，Ⅲ洞線為12條，最少。

（5）從水文地質條件看，I，II洞線在三道河子向斜的核部存在具微弱溶蝕性的大理巖，受構造影響局部風化溶蝕，透水性較強，隧洞施工時可能有涌水問題；Ⅱ洞線洞室埋深淺，涌水問題較大；Ⅲ洞線巖體透水性一般微弱，雖有淺埋段，但估計不會有較大的涌水問題。

（三）水力特性值

針對三條輸水線路進行隧洞過流能力的水力計算，其特性值見下表。

各方案輸水隧洞特性表

特性值單位Ⅰ方案Ⅱ方案Ⅲ方案

長度Km85.3266.6971.51

輸水方式 自流提水自流

設計流量m3/s707070

加大流量m3/s777777

洞底坡降 1/23801/26151/2465

進口水位m234.23286.52289.92

進口底板高程m229.85282.00285.51

出口水位m198.38261.02260.91

出口底板高程m194.00256.5.256.50

洞內流速m/s2.172.11

（四）施工用電

I、II、Ⅲ洞線都較長，除了支洞負荷外，還有料場負荷，負荷較分散。為滿足各負荷點的用電要求，每條洞線要建4座66kV施工變電所，4座施工變電所出線均為10kV，由施工變電所架設10kV線路至各個支洞及料場，在各個支洞及料場設置若干臺10kV變壓器，為支洞及料場負荷提供電源。

在施工用電上，I洞線線路最長，負荷最大，相應的66kV線路、施工變電所容量及10kV配電設備數量都比其他兩條洞線大。Ⅲ洞線線路較短，負荷小于Ⅰ洞線，相應的變電所容量以及10kV變壓器的數量小于Ⅰ洞線，但Ⅲ洞線的66kV線路、10kV線路數量同Ⅰ洞線幾乎相同，Ⅲ洞線沿線通過大型河谷較少，大部分跨越山區，村屯較少，交通極其不便，造成66kV線路和10kV線路架設困難，需砍伐大量的林木，植被破壞嚴重，對環境保護不利。經綜合考慮，I洞線設計方案要優于Ⅲ洞線。

（五）施工條件

Ⅰ洞線隧洞總長85.3km，隧洞線路較長，但交通方便，沿線靠近公路，施工臨時道路多為擴建原有鄉道，共需新建、擴建施工道路119km；各支洞口施工場地開闊，臨時設施容易集中布置；棄渣堆放場地多在施工支洞口附近的天然溝谷里，棄渣運距短，平均運距約在1～1.5km；混凝土襯砌所需骨料料場均勻分布在各施工場地附近，且為天然砂石骨料，骨料的開采和運輸方便。隧洞進口及出口施工容易.修建施工圍堰后可直接進洞施工。120km；支洞口施工場地開闊，臨時設施容易布置；棄渣場地多在施工支洞口附近的天然溝谷里，棄渣運距稍遠，約為1 ～2km；混凝土襯砌所需骨料料場距離各施工場地較遠，但仍為天然砂石料。Ⅱ洞線頭部需修建大型提水泵站，經2.40km長的壓力輸水管道將水送人穩流池，并通過暗渠與輸水隧洞連接，泵站施工時需修建施工圍堰，由于泵站位于庫區邊上，因此泵站施工時排水量較大；壓力輸水管道位于山坡上，需新修臨時施工道路。隧洞進口可直接進洞，隧洞出口需修建施工圍堰。在樁號13+230.00～14+520.00之間為過六股河段，由于埋深淺，成洞困難，只能以明挖、修建暗渠與主洞相連，由于六股河為常年性河流，所以該段施工需進行分期施工導流.施工排水強度大.施工難度大。

Ⅲ洞線隧洞總長71.51km，隧洞長度居中，洞線遠離公路，交通不便，施工道路多為新建道路，個別施工支洞進場困難，共需新建、擴建施工道路168km；大部分施工支洞口場地狹窄，臨時設施布置分散，遠離支洞口；多數支洞口附近棄渣場地小，大部分棄渣需另運至遠處棄渣場地，棄渣運距長，約為3～4km，最遠達5km；各施工場地附近無天然砂石料場，只能采用人工砂石料，而當地山區植～被覆蓋率達80%，采用人工砂石料將對環境造成極大破壞，若采用天然砂石料，將因砂石料運距太遠而增加工程造價；隧洞進口因位于水庫庫區內，水位較高，只能采用巖塞爆破，施工技術相對復雜，施工難度大。出口與Ⅱ洞線施工方法相同。

通過以上施工條件比較.Ⅰ洞線優于Ⅱ.Ⅲ洞線。

（六）對電站的影響

水庫是電網骨干調峰電站，目前水庫調度運行以發電為主。從水庫壩下輸水的Ⅰ、Ⅱ方案對電站的電力電量影響較小，而從水庫庫區輸水的Ⅲ方案，水庫調度運行將以輸水為主，對電站的電力電量影響較大。因此壩下引水的Ⅰ、Ⅱ方案要優于壩上引水的Ⅲ方案。