石壁水庫除險加固工程中新建獨立輸水隧洞方案比選

黃慶壇

(泉州市石壁水庫管理處，福建 泉州 362342)

石壁水庫是一座集防洪、灌溉和生活供水等綜合利用的重要中型水庫。完好的輸水系統是發揮好水資源調配和安全供水的關鍵，通過除險加固工程方案比選，最終確立“新建獨立輸水系統”方案。

1 舊輸水系統概況

1.1 工程概況

石壁水庫位于南安大盈溪上游，大壩建于水頭鎮星輝村石壁頭，壩址以上控制流域面積79.6km2。水庫樞紐由大壩、溢洪道、輸水系統等組成，總庫容6147萬m3，死庫容54萬m3，興利庫容4860萬m3，具有多年調節能力。

1.2 舊輸水系統情況

舊輸水系統布置在大壩左岸山體，由進水口、輸水隧洞、引水鋼管等建筑物組成，塔身上部有50m長的人行天橋與山體連接。輸水隧洞接進水塔下游布置，總長219.0m，為有壓圓洞，隧洞出口段接引水鋼管，主管引水至發電廠發電，尾水用于下游農業灌溉，岔管引接至下游各受水點的加壓泵站，承擔供水任務。2005年在進水塔下游65.6-70.4m洞段建有一座事故閘門豎井。

1.3 存在問題及加固必要性

1.3.1 存在問題

現有進水塔存在混凝土龜裂、脫落、碳化等情況，同時金屬結構銹蝕、啟閉螺桿彎曲變形、淤泥堵塞導致了閘門無法啟閉和止水效果差等問題。采用可移動小功率馬達啟閉閘門，人工接入電源存在觸電安全隱患。事故閘門關閉時，無法供水。

1.3.2 加固必要性

現有進水塔運行超過設計使用年限，設計標準低，塔身結構強度低、損壞嚴重，不符合三類環境混凝土結構規范要求，因此，進行除險加固是十分必要和迫切的。

2 除險加固方案比選

2.1 方案擬選

根據存在的問題和現場地質地形條件，本次擬考慮4種除險加固方案，優缺點詳見表1。

1)方案一：對舊進水塔進行加固，利用現有輸水隧洞引水。

2)方案二：拆除舊進水塔，原址重建岸塔式進水口與現有輸水隧洞相接，利用現有隧洞和出口引水鋼管向下游供水。

3)方案三：易址新建進水塔并采取連通洞方式連接現有輸水隧洞向下游輸水。

4)方案四：易址新建進水塔和重新開挖一條輸水隧洞，隧洞出口鋪設壓力鋼管連接下游供水企業。

表1 石壁水庫輸水系統加固擬選方案優缺點匯總

2.2 方案比選

石壁水庫承擔著下游50多萬居民生產生活供水任務，支撐起近500億GDP，社會經濟效益顯著，安全供水關乎社會穩定。因此，滿足施工期間不間斷供水是比選的主要指標。

綜合比較可得，方案一采取枯水期1-3月進行降低水位施工，工期90d，水位保持在30.2-38.6m，庫容703-133.4萬m3，庫容偏小，若遇特枯時期，最小入庫量不足100萬m3，無法滿足供水要求。加固前要先修建臨時供水設施，抽水至事故閘門井頂的高程為66.2m，揚程在27.6-36m，揚程較大。而且，由于不拆除進水塔底部結構，容易銹蝕卡死，供水穩定性和可靠性差，不符合除險加固的初衷，因此不推薦該方案[1]。

方案二拆除并重建進水塔時需降低水位，在汛期末11月-次年4月進行降低水位施工，工期180d，水位保持在30.1-41.0m，庫容958.7-129.0萬m3，庫容偏小。采用土石圍堰存在拋料精度不高、土料飄散難以碾壓、達不到防滲密實度等問題，而且圍堰基礎與庫底覆蓋層、庫岸銜接處無法防滲，容易形成滲透通道，拆除清基困難，堰體殘留的土石料容易堵塞進水口；采用混凝土圍堰時，水下清淤和水下澆筑混凝土代價大，投資高，圍堰基礎以鵝卵石為主，覆蓋層達10m，圍堰清淤困難，防滲效果差，后期拆除需大范圍爆破和水下清淤，施工難度大，而且靠近大壩，威脅大壩穩定安全[2]。同時供水保證難度大，工程造價最高，因此也不推薦該方案。

重點比較方案三、四比較時，查閱2005年新建事故閘門豎井資料發現由于距離現有進水塔較近，開挖爆破時，現有進水塔結構產生劇烈震動，且豎井上游隧洞埋深較淺、洞室巖體較破碎，穩定性差，地下水豐富，襯砌結構存在一些缺陷，在新建連通洞與現有隧洞連接段開挖時，施工難度和風險較大。因此，從投資方面、施工難度和加固后的結構耐久性進行綜合考慮時，推薦方案四[1]。

3 除險加固方案選定

通過對4種方案進行深入討論研究，按照不斷供的總體要求，科學分析比較，認為方案三雖然有針對性地解決了現有水庫輸水建筑物存在的問題，最大程度利用了水庫2005年加固成果，投資較省，但由于新建取水口和連通洞均在水庫庫區內施工，工作面少，干擾大，不可預見的隱患較多，難度大、風險高，綜合考慮認為采用“新建獨立輸水隧洞”的方案，即方案四更加合理和易于實施，主要原因有：

3.1 供水有保證

石壁水庫作為50多萬居民唯一的飲用水源地，供水不可替代。方案四采取新建獨立輸水隧洞方式，雖然有取水口圍堰，但輸水隧洞為新建開挖，供水由舊隧洞系統提供，互不干擾，即使遇到一個枯水期內無法完成圍堰爆破拆除的極端情況，也不影響供水安全，可在汛末通過供水及渠道放水方式逐步降低水位，在次年汛前通過爆破清淤方式拆除圍堰，達到要求后下閘蓄水[2]。

3.2 施工有進度

方案四輸水隧洞進、出口可同時施工，施工干擾小、進度快，特別是從出口方向采取后掘進爆破開挖方式，隧洞開挖尺寸2.6m寬×2.8m高，可采用小型機械出渣，出渣效率高。無論是炮眼打孔、炸藥填埋、爆破等都不受天氣、場地等干擾，隧洞開挖效率高。

3.3 安全有保證

方案四采取進口方向進行進水塔基礎開挖、基坑處理及塔身澆筑，出口方向進行后掘進隧洞爆破開挖、灌漿及襯砌，施工相互獨立，互不干擾，遇到緊急情況，人員可快速撤離，脫離危險區域。同時，施工爆破點遠離舊進水塔，不影響塔身安全。

3.4 投資增加少

從表1可知，采取易址新建輸水隧洞，方案四比方案三多128.74萬，高出10.6%，幅度較小。

4 結 語

石壁水庫除險加固工程輸水系統工程采取“新建獨立輸水系統”，即方案四，其在施工進度、安全和供水方面都占有絕對優勢，只在投資方面有所增加。根據石壁水庫供水量大、范圍廣、任務繁重且不可斷供等特點，采取方案四是最佳選擇。隨著石壁水庫除險加固工程施工的順利推進，既保證了施工安全，又實現不間斷供水。新建取水口于2015年12月22日啟用供水，有力支撐下游社會經濟的發展。同時舊輸水系統作為備用，提高了供水可靠性，為可持續性供水奠定基礎。