新建隧洞在水庫放水系統(tǒng)除險加固中的應用

雷贊舟

（福建江隆水利水電工程有限公司 福建 龍巖 364000）

1 概述

雙豐水庫地處上杭縣舊縣鄉(xiāng)梅溪村，壩址位于舊縣河右岸支流梅溪上游，距舊縣鄉(xiāng)5km。設計灌溉農(nóng)田1400畝，是一個以灌溉為主兼顧養(yǎng)殖的小（2）型水庫。主要建筑物有大壩、溢洪道、放水箱涵等組成，防洪標準為20年一遇設計，300年一遇校核，壩型為均質(zhì)土壩。屬V等工程，大壩等主要永久建筑物級別為5級。

壩址以上流域面積1.5km2，正常蓄水位 250.40m，相應庫容 29.04萬 m3；設計洪水位 （P=3.33%）251.86m，相應庫容35.33萬m3，設計下泄流量24.0m3/s；校核洪水位 （P=0.33%）252.28m，相應庫容37.24萬m3，校核下泄流量35.0m3/s。死水位239.20m，相應庫容0.50萬m3，興利庫容28.54萬m3，防洪庫容8.2萬m3，總庫容 37.24萬m3。

大壩為粘土心墻壩，壩頂高程253.70m，最大壩高21.22m，壩頂長62.5m，壩頂寬5.2m。溢洪道為寬頂堰式，布置在大壩左岸啞口，堰頂高程為250.40m，堰頂總寬度7.1m，側(cè)墻高2.38m。放水建筑物為無壓漿砌塊石箱涵，位于右側(cè)壩體中，總長88.3m，寬 0.4m，高 0.6m，坡降 2‰，放水采用臥管控制，進水口底高程為239.20m。進口孔徑0.3m，設計最大放水流量0.18m3/s。

雙豐水庫于1959年1月破土動工，1965年5月竣工開始蓄水，建成后，為下游灌區(qū)供水和養(yǎng)殖發(fā)揮了巨大作用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，有力促進了地方經(jīng)濟的發(fā)展。但工程運行40多年，由于建設時期具體的歷史年代及當時受技術和經(jīng)濟條件所限，缺乏設計和施工經(jīng)驗，水庫樞紐工程三大建筑物的結(jié)構設計沒有經(jīng)過嚴格的科學論證。運行過程中雖經(jīng)多次局部維修加固改造，但效果一般。工程一些重要建筑物，如大壩、溢洪道、放水系統(tǒng)建筑物等不同程度出現(xiàn)了安全隱患，危及水庫的正常運行，需要進行除險加固。放水系統(tǒng)加固改造工程是2012年雙豐水庫除險加固主要項目之一。

2 加固方案

2.1 加固方案的地質(zhì)

雙豐水庫地處玳瑁山脈南西側(cè)，屬中-低山丘陵地貌，北高南低，植被茂盛。溝谷呈北西～南東向，“V”字型分布。河床比降較大，左岸山峰麟龍股標高300m，右岸最高山峰為觀音坐蓮，標高370m，兩岸山體坡度20°～25°。水庫最低侵蝕基準面位于南東處，標高233.02m，相對高差136.8m。

工程區(qū)附近出露的基巖為石炭系下統(tǒng)林地組（C1l）淺黃色、灰綠色粉砂巖。覆蓋層為全新統(tǒng)殘坡積層（Qdel），主要分布于丘陵地貌上的山前坡地和河谷臺地，主要為砂質(zhì)粘土、含角礫粘質(zhì)砂土及碎石等，大多呈灰白～紫紅色，地表可見厚度2m～4m之間，其下與基巖呈過渡關系。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）劃分，工程區(qū)地震峰值加速度為＜0.05g，場地地震動反應譜特征周期為0.35s，相應地震基本烈度為Ⅵ度。

工程區(qū)地下水為孔隙性和裂隙性潛水，孔隙水主要分布在殘坡積層中；裂隙水主要分布于斷裂破碎帶及泥質(zhì)粉砂巖裂隙中。工程區(qū)地表水為弱堿性水，對混凝土及鋼筋均無腐蝕性。

放水箱涵四周為人工填筑壩體素填土覆蓋。新建放水隧洞地表有0.5m～2.0m第四系粉質(zhì)粘土覆蓋層，進出口邊坡均較平緩，開挖時應注意邊坡防患，洞身巖石為弱風化粉砂巖，裂隙NW275°和NE27°兩組，巖石致密堅硬，均位于地下水位之下，受構造影響部分巖體較破碎，斷層、裂隙密集帶的地下水較為發(fā)育。巖體穩(wěn)定性好，承載力高，適宜隧洞開挖。

2.2 加固方案的選擇

雙豐水庫放水系統(tǒng)由進口段、放水段和啟閉機房等組成，由斜拉閘門控制放水。根據(jù)雙豐水庫放水系統(tǒng)的特性，加固設計擬考慮定向鉆進套管、新建放水隧洞、套管三個方案進行比選。以上擬定的方案比較只考慮放水段及封堵。

方案一：定向鉆進套管方案

定向鉆進是一種裝定向鉆機設在地面上，在表層開槽、清除雜填土后，采用雷達探測儀導向，控制鉆頭按管道設計軸線鉆進，經(jīng)多級擴孔后，將管道回拉就位，完成管道鋪設的施工方法。

定向鉆進的工作原理是采用定向鉆進技術，按設計的鉆孔軌跡施工一個導向孔，先導孔完成后，在鉆桿柱端部換接大直徑的擴孔鉆頭和直徑小于擴孔鉆頭的待鋪設管線，在拉回鉆桿的同時將先導孔擴大，隨后拉入需鋪設的管道。在鉆掘?qū)蚩椎倪^程中，利用膨潤土、水、氣混合物來潤滑、冷卻和運載切削的土至地面。鉆頭上安裝了定向測控儀，可改變鉆頭的傾斜角度。

該方案設計采用水泥沙漿充填原放水箱涵，并于輸水涵管左側(cè)1.0m布置定向鉆進孔，采用DN300PE管襯套。管進出口高程均按原有高程。輸水涵管定向鉆進長約88.3m。

方案二：新建放水隧洞方案

新建放水隧洞軸線擬定在大壩右岸山體，距大壩約30m。隧洞段長95.727m，進水口底高程為239.20m，坡降2‰，為城門洞型。開挖斷面尺寸1.8m×2m，襯砌后斷面尺寸1.2m×1.4m，頂部為半圓，半徑0.6m。同時進出口邊坡進行噴護。

由于舊涵管斷面較小，涵管較長，人工較難進入，為此采用泵送M7.5砂漿進行封堵。先拆除原進水口及進口段前部6.2m，并在進水口設C15砼堵頭和C15砼悶頭，從出水口預埋一根φ7.5灌漿鋼管和一根φ7.5通氣鋼管至進水口處悶頭，然后在出水口設C15砼堵頭和C15砼悶頭，在下游用灌漿泵通過預埋的灌漿鋼管進行封堵。

表1 三種方案綜合比較表

方案三：原涵洞套管方案

原放水箱涵均為0.6m×0.4m的漿砌石箱涵，設計拆除原輸水涵洞位置進口端涵洞3.0m，襯套DN300的PE管，長約88.3m，采用C20砼封堵涵洞兩側(cè)，封堵長度2.0m，涵洞與套管縫隙采用水泥砂漿充填。

三種方案對比情況如表1。

根據(jù)表1可知，方案一投資較為經(jīng)濟，工期適中，工藝要求高，施工對壩體影響較小，但是套管與鉆孔間存在較大縫隙，存在滲漏問題且處理難度較大；方案二投資較大，工期較長，施工對壩體無影響，但是新建放水隧洞可靠性高，可徹底處理滲漏問題；方案三投資較少，工期較短，但是原放水涵洞尺寸偏小，對涵洞套管易產(chǎn)生卡孔，施工難度較大、存在滲漏問題且處理難等問題，由于原設計資料缺失，又有很多不確定因素存在。

綜上所述，從工程的安全性等方面考慮，本階段推薦采用方案二——新建放水隧洞方案對放水系統(tǒng)進行加固。

3 結(jié)語

2012年雙豐水庫放水系統(tǒng)除險加固已竣工，目前放水隧洞運行正常。采用新建隧洞解決原放水系統(tǒng)滲漏及保證灌溉用水問題的作用是成功的。

由于我國早期建隧洞的技術水平不足，土壩放水系統(tǒng)基本以置于壩體放水箱涵為主，運行多年后，大部分土壩中放水箱涵都因接觸面薄弱，導致滲漏問題。因此必須采用切實可行除險加固的措施以解決放水箱涵的滲漏問題。目前我國建隧洞技術水平先進及施工經(jīng)驗成熟，因此在早期土壩中放水系統(tǒng)除險加固中采用新建隧洞方案是解決滲漏問題主要方法之一，可以推廣使用。陜西水利