大伙房水庫輸水洞改造工程初步設計分析

2016-06-29 02:50:18遼寧省大伙房水庫管理局

河南水利與南水北調 2016年4期

□楊　丹（遼寧省大伙房水庫管理局）

大伙房水庫輸水洞改造工程初步設計分析

□楊丹（遼寧省大伙房水庫管理局）

摘要：大伙房水庫輸水洞改造工程是大伙房水庫1958年8月竣工以來，首次對輸水洞進行改造。輸水洞位于大伙房水庫主壩和一副壩之間的主壩左側，主要功能就是排泄洪水、引水發電、灌溉和先期施工導流，輸水洞主要由進水渠、進口控制段、主洞段、支洞1和支洞2，還有就是位于大伙房水庫正門內的水庫景觀建筑的開閉室等部分組成。

關鍵詞：大伙房水庫；輸水洞改造；工程設計

1　工程概述

1.1工程概況

根據大伙房水庫輸水洞改造工程設計方案：對原支洞2（洞徑5.50m）樁號0+000～0+075.55段進行擴挖，成洞洞徑為6.50 m；對原支洞2-1、2-2洞徑由4.00 m擴挖至5.00 m，樁號范圍0+075.55～0+157.00，出口由2.25 m×2.25 m，擴挖至3.40 m× 3.40 m；更換支洞2-1、2-2出口工作閘門，拆除重建出口啟閉機室；對消能塘及尾渠進行加固處理。

1.2工程區地質條件

工程區位置屬于遼東山地丘陵區，地形骨架受北北東向地質構造格局控制。地貌單元為剝蝕地形-丘陵-圓頂狀高丘及侵蝕堆積地形-山間沖洪積-樹枝狀窄谷地。

工程區內地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型，出口段洞室頂部分別為全風化花崗片麻及松散的第四系沖洪積物，此兩段以富水性較強的砂礫和全風化巖為主，一般為強透水。地下水化學類型較簡單，為重碳酸硫酸鈣鎂型，PH值介于6.60～6.70，多為中性水，對鋼結構、混凝土具有微腐蝕性。

1.3泄洪支洞地質條件

1.3.1洞室進口段（樁號0+000～0+105.00，段長105.00 m）

洞室揭露的巖性為太古代花崗片麻巖（M1），弱風化，巖石強度不均一，多為中硬巖～堅硬巖；巖體較完整；節理裂隙較發育，地下水以滴水為主。洞室埋深30 m左右，圍巖整體較穩定，局部穩定性差，圍巖以Ⅲ類為主。

1.3.2洞室出口段（樁號0+105.00～0+157.00，段長52.00 m）

本段洞室圍巖為強～弱風化花崗片麻巖；巖石強度不均，為較軟巖～中硬巖；巖體較完整～完整性差；節理裂隙較發育；地下水以滴水為主，局部線流。洞室埋深10.00～35.00 m。考慮洞室埋深、上部強風化巖及原開挖成洞形成的松動圈松動巖體等因素影響，該段圍巖穩定性較差，自穩時間較短，綜合評定為Ⅳ類圍巖，本段洞室擴挖時應采取必要的超前支護措施，泄洪支洞洞室圍巖初步分類見表1。

表1　泄洪支洞洞室圍巖初步分類表

1.4啟閉機室地質條件

啟閉機室在原基礎上拆除重建（樁號148.40～157.00），基礎已開挖至弱風化巖，基礎斷面基本不變。其周邊巖性上部為第四紀素填土，厚約4.50 m；下部為全、強、弱風化花崗巖。啟閉機室基礎處于地下水位之下，開挖時應采取必要的排水、防滲及支擋措施，并應考慮邊坡穩定問題。含卵石粘土質砂層滲透系數建議值在45 m/d。臨時開挖邊坡建議值：第四紀素填土：1:1.50，全風化巖：1:0.75，強～弱風化巖：1:0.30。

1.5主要工程地質問題

1.5.1洞室圍巖穩定問題

隧洞出口段（0+105.00～0+157.00）洞室埋深10.00～35.00 m。考慮洞室埋深、上部強風化巖以及原開挖成洞的松動圈松動巖體等因素影響，該段圍巖穩定性較差，自穩時間較短，在開挖過程中可能引起失穩、塌方，應加強圍巖變形觀測，并及時進行支護，必要時應進行超前支護。

1.5.2隧洞涌水問題

隧洞穿越大部分為低山丘陵區，出口段穿越一級階地區。地下水類型主要為基巖裂隙水及松散巖類孔隙水。洞線區域內地下水主要接受大氣降水及少量庫水繞壩滲流補給。

隧洞出口段穿越全風化較深的山丘及一級階地，洞室頂部圍巖主要為全、強風化巖及第四系松散巖類。強風化巖節理裂隙發育，地下水主要為基巖裂隙水，據前期勘察的壓水試驗成果，巖體透水性多為弱透水；全風化巖、第四系松散巖，均為強透水地層，地下水類型以孔隙潛水為主。風化作用可形成一定的匯水構造，地下水較豐富，洞室部位地下水受壓力水頭（約10.00～35.00 m）及各滲透介質對水頭壓力的折減作用控制，隧洞開挖過程中大部分洞段將以面狀滴水為主，局部線狀流水，一般不會產生突發性涌水。

1.5.3隧洞出口邊坡穩定性及滲水問題

隧洞出口樁號0+147.00～0+157.00段處于渾河左岸一級階地區，頂部為第四紀素填土（含卵石粘土質中粗砂）強透水層，下伏強風化花崗片麻巖，巖面緩傾向洞線下游，軟化系數較高（0.76），不利于上覆松散巖體的穩定，暴雨后和振動易滑坡。本段擴挖主要涉及到開挖邊坡穩定及滲水問題。

根據經驗，并類比同類工程，含卵石粘土質砂層滲透系數建議值45.00 m/d；開挖邊坡建議值：含卵石粘土質砂層1:1.50，坡腳處應采取反壓措施；全風化巖1:0.75；強、弱風化巖1:0.30；防滲和排水措施可根據現場進行合理布置，主要采取在洞臉上方的不穩定砂、土體外圍布置排水溝槽，或修建支擋建筑，集中引排至洞室出口下游。

1.5.4其它

隧洞段所在區域屬于輻射正常場和鈾正常場，巖石中放射性元素含量和比活度屬于正常水平，對人的輻射及對水質影響非常低；本隧洞埋深較淺，不會產生巖爆及地溫異常現象，無有害氣體來源。

2　工程建設內容與設計

2.1輸水洞改造工程主要建設內容及標準

輸水洞改造由輸水洞進口維修改造主要包括進口攔污柵檢修和進口閘門及啟閉機室檢修；泄洪設施改造主要包括對原設計的泄洪支洞、出口控制段、消能塘及尾渠段幾部分的改造；流量調節主要是在泄洪支洞出口處設置調流閥，對輸水洞下泄流量進行調節和控制。

根據《大伙房水庫除險加固工程初步設計報告》（除險加固工程已于2005年汛前完成），大伙房水庫總庫容為22.68×108 m3，水庫工程規模為大（1）型，工程等別為Ⅰ等，確定主要泄水建筑物輸水洞級別為1級。

根據建筑物級別，確定各建筑物防洪標準如下：輸水洞設計洪水標準為千年一遇，校核洪水標準為可能最大洪水（PMF）；消能防沖建筑物消能塘的設計洪水標準為百年一遇。

2.2工程設計

2.2.1輸水洞進口維修改造

進口攔污柵改造包括攔污柵槽的人工水下清運和對金屬結構的防腐處理：采用一次除銹、噴鋅100.00微米以上，環氧銀灰漆兩遍封閉。

進口閘門及啟閉機室改造主要包括更換漏水的閘門上下水封，對破損的混凝土結構進行修補，對產生銹蝕的金屬結構構件進行除銹及防腐處理，增加閘門鎖定裝置等。

2.2.2泄洪設施改造

對原泄洪支洞前端樁號0+00.00～0+75.55段進行擴挖，成洞洞徑由5.50 m擴挖到6.50 m；對支洞2-1及2-2樁號0+75.55～0+139.00段進行擴挖，成洞洞徑由4.00m擴挖到5.00m；樁號0+139.00～0+148.40仍設置漸變段，斷面型式由5.00 m洞徑圓形斷面漸變為斷面尺寸為3.40 m×3.40 m的正方形斷面。

原輸水洞控制段全部拆除重建，新建閘門控制段樁號不變，仍設置2扇工作閘門控制泄洪，孔口尺寸為3.40 m×3.40 m（寬×高），設計泄流量為409.40 m3/s。

對原設計消能塘進行改造加固后繼續使用，其中消能塘起止樁號、設計尺寸、前端及末端底板高程均保持不變，改造加固主要包括底板和側墻加厚以及在塘內設置輔助消能工兩項措施，加固措施及參數通過水工模型試驗驗證。

尾渠應急防護工程目前已施工完成，設計對消能塘與下游尾渠應急防護工程之間的轉彎段和連接段均進行加固處理，樁號0+217.50～0+321.34，主要加固措施是在原設計漿砌石護底與護坡基礎之上增加鋼筋混凝土護砌，厚度300.00 mm。

2.2.3流量調節

流量調節主要是在泄洪支洞出口處設置調流閥，對輸水洞下泄流量進行調節和控制。根據計算，選擇直徑2.00 m調流閥可以滿足調流要求，其調節流量區間為8.00～47.00 m3/s。

3　輸水洞改造工程施工組織設計

泄洪支洞擴挖施工期間需進行封閉，考慮尾水渠下游回水在尾渠下游修建圍堰，工程結束后圍堰拆除。汛前灌溉期需通過支洞1及電站向下游供水，支洞2需進行臨時封堵，封堵體在2014年6月末汛期之后進行拆除。

采用氣腿式風鉆鉆孔人工裝藥，部分地段采用手風鉆鉆孔進行補充，非電毫秒雷管導爆索硝銨炸藥爆破，Ⅲ類圍巖每個工作循環進尺3.00 m，Ⅳ類圍巖每個工作循環進尺2.00 m。主洞交叉段應預留保護距離，采用風鉆開挖。洞內出渣采用1.00 m3裝載機裝渣，8 t自卸汽車運至泄洪支洞出口，運至洞口的渣料采用5 t單筒卷揚機牽引斗車運輸至尾渠，運至尾渠的渣料采用1.00 m3挖掘機裝8 t自卸汽車運輸5.00 km至棄渣場。隧洞施工的通風除塵采用37 kW軸流式通風機通風。

混凝土采用商品混凝土，3.00 m3混凝土攪拌車運輸至現場。采用30.00 m3/h混凝土泵泵送入倉。本施工段控制性工程為：施工準備→泄洪支洞混凝土拆除及石方開挖→出口、消能塘及尾渠混凝土拆除、漿砌石拆除和土石方開挖→支洞2臨時封堵→隧洞襯砌→隧洞灌漿→臨時封堵體及襯砌拆除→臨時封堵段襯砌→啟閉機室混凝土澆筑→消能塘底板混凝土澆筑→尾渠底板混凝土澆筑→工程竣工、收尾。