清開(kāi)供水工程輸水隧洞段改造設(shè)計(jì)

師源

（遼寧省清河水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司，遼寧鐵嶺112003）

1 工程概況

清河水庫(kù)位于遼寧省鐵嶺市境內(nèi)，據(jù)開(kāi)原市區(qū)10km，是遼河中游左側(cè)支流清河干流上的一座大（2）型水庫(kù)，總庫(kù)容為9.68億m3，控制流域面積2376km2。清河水庫(kù)供水取水頭部及輸水改造工程，是在充分利用原清河電廠閑置的發(fā)電冷卻回水隧洞等已建施工的基礎(chǔ)上，改造取水頭部并新建輸水管線的一項(xiàng)遼寧省重點(diǎn)工程，是供給清河區(qū)及開(kāi)原市城市生產(chǎn)、生活用水，徹底解決清河區(qū)及開(kāi)原市城市供水水源短缺問(wèn)題的民生工程。該輸水工程的取水頭部及輸水隧洞與清河水庫(kù)右岸輸水泄洪洞除險(xiǎn)加固工程結(jié)合建設(shè)，為清河水庫(kù)樞紐的重要組成部分，其建筑物級(jí)別為2級(jí)，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為10000年一遇，與水庫(kù)樞紐一致。

2 右岸輸水洞加固段改造

2.1 原輸水洞概況

原閘門(mén)井下游輸水洞總長(zhǎng)706.427m，其中原閘門(mén)豎井前段長(zhǎng)40.5m，洞直徑為4.0m，洞進(jìn)、出口中心高程分別為110.00m、100.00m。整條隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為200號(hào)，襯砌結(jié)構(gòu)及配筋分為4種，見(jiàn)表1，表2。

表1 原隧洞襯砌分類(lèi)

表2 原隧洞襯砌配筋

根據(jù)遼寧省水利水電工程質(zhì)量檢測(cè)中心所檢測(cè)結(jié)果，原輸水隧洞經(jīng)多年運(yùn)行，洞體存在嚴(yán)重裂縫、滲漏、剝蝕及鋼筋外露腐蝕等現(xiàn)象，需對(duì)原排水隧洞進(jìn)行改造。輸水隧洞分為兩部分，需改造段為原閘門(mén)井至原調(diào)壓井間泄洪洞加固段作為右岸輸水洞前部，長(zhǎng)655.427m；剩余未改造洞段為在原調(diào)壓井后新建DN4.0m、長(zhǎng)150.769m的取水頭部上游段，作為取水口過(guò)流通道，其出口設(shè)在原清河電廠回水泵站西側(cè)空地處。

2.2 襯砌結(jié)構(gòu)復(fù)核

根據(jù)SL191-2008《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，工程隧洞段襯砌結(jié)構(gòu)環(huán)境類(lèi)別為二類(lèi),混凝土結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度限值為0.3mm。襯砌結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算裂縫寬度均小于限值，隧洞原襯砌結(jié)構(gòu)配筋能夠滿足該輸水工程運(yùn)行工況的要求，襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不需要進(jìn)行加固處理，只需要對(duì)襯砌表面的開(kāi)裂及保護(hù)層的脫落進(jìn)行處理即可。

2.3 改造

從混凝土耐久性方面考慮需對(duì)襯砌表面進(jìn)行處理，隧洞襯砌最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于C25。盡量不縮小輸水洞過(guò)水?dāng)嗝妫?jié)約工程投資、降低施工難度，對(duì)襯砌內(nèi)表面進(jìn)行全斷面鑿毛處理。鑿除原200號(hào)混凝土保護(hù)層至鋼筋裸露，然后進(jìn)行全斷面抹厚30mm的環(huán)氧砂漿，分兩層進(jìn)行施工，每一層施工厚度均為15mm，待前一施工層環(huán)氧砂漿完全失去塑性，不再變形時(shí)進(jìn)行下一層施工。確保處理后維持原洞徑不小于4.0m。

2.4 原調(diào)壓井—電廠段隧洞

采取封堵原調(diào)壓井—電廠回水泵房段隧洞的前端，封堵材料采用C30混凝土，封堵起點(diǎn)為新建輸水洞與原回水洞接口處，封堵長(zhǎng)度為10.0m。

3 調(diào)壓井改造

3.1 調(diào)壓井段封堵疏通

原清河電廠冷卻水系統(tǒng)在2006年改造后，排水隧洞已經(jīng)停用，因上游端閘門(mén)漏水嚴(yán)重，冬季造成下游水泵等設(shè)備冰凍破壞，電廠在調(diào)壓井處用鋼筋混凝土將隧洞封堵，封堵段長(zhǎng)12.0m，從調(diào)壓井至頭部閘門(mén)之間的隧洞均在水中，封堵體下游隧洞主管路長(zhǎng)52.0m，其中鋼筋混凝土襯砌段長(zhǎng)14.0m，襯砌鋼管段長(zhǎng)38.0m。

在隧洞進(jìn)口進(jìn)行防滲處理后將洞內(nèi)積水排出，再對(duì)該段鋼筋混凝土封堵采用風(fēng)鎬拆除，并將拆除的砌體人工運(yùn)出洞外。

3.2 調(diào)壓井結(jié)構(gòu)加固

1）調(diào)壓井概況

原隧洞采用阻抗式調(diào)壓井，調(diào)壓井頂高程為147.00m，凈高42.0m。其中上部直徑為4.0m，段長(zhǎng)12.0m，采用500mm厚雙層配筋混凝土結(jié)構(gòu)；下部直徑為2.5m，段長(zhǎng)30.0m，采用300mm厚單層配筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2）調(diào)壓井加固

調(diào)壓井距隧洞末端約51.0m，低水位時(shí)引水洞內(nèi)無(wú)壓流補(bǔ)氣作用，此設(shè)計(jì)予以保留。對(duì)調(diào)壓井下部2.5m直徑段的內(nèi)表面局部采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行鑿毛補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)需要補(bǔ)強(qiáng)段先表面鑿毛并清除松動(dòng)塊，再用環(huán)氧砂漿抹面，厚度為30mm。

4 新建輸水洞段

原泄洪洞出口位于清河電廠回水泵房占地范圍內(nèi)，征占該地存在困難，因此需要新建一段輸水洞，將洞出口移至回水泵房西側(cè)空地處。

4.1 隧洞總體布置

新建隧洞段全長(zhǎng)150.769m，起點(diǎn)在原泄洪洞調(diào)壓井后轉(zhuǎn)彎段起點(diǎn)處，隧洞進(jìn)口底高程為103.00m，出口設(shè)在原清河回水泵房西側(cè)空地處，隧洞出口底高程為96.00m，中間設(shè)一轉(zhuǎn)彎段過(guò)渡連接，轉(zhuǎn)彎半徑為10.0m。

4.2 隧洞斷面型式

新建隧洞采用圓形斷面，斷面尺寸與原回水洞相同，直徑為4.0m。隧洞最大設(shè)計(jì)流量為82.69m3/s，設(shè)計(jì)水頭為30.06m，為有壓洞。

4.3 隧洞工程地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)位于鐵嶺市清河區(qū)清河水庫(kù)西南部，北部屬低山丘陵地貌，南部屬山前洪積扇地貌，地形北高南低，起伏較大，最大高差達(dá)42.17m。

隧洞洞線段主要為強(qiáng)—微風(fēng)化花崗巖，其巖性從勘探孔揭露的深度范圍內(nèi)由上至下描述如下：

強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：青灰色，節(jié)理裂隙強(qiáng)烈發(fā)育，巖芯呈砂土狀或碎塊狀，主要礦物成份為鉀長(zhǎng)石、石英及云母等，屬軟巖。層厚0.8～3.0m，層底埋深2.5～13.2m，層底標(biāo)高87.85～139.49m。

中風(fēng)化花崗巖：青灰色，節(jié)理裂隙一般發(fā)育，巖芯呈短柱狀，主要礦物成份為鉀長(zhǎng)石、石英及云母等，屬較軟巖。層厚6.8～13.0m，層底埋深17.7～20.0m，層底標(biāo)高76.65～124.79m。

微風(fēng)化花崗巖：青灰色，結(jié)構(gòu)完整，巖芯呈長(zhǎng)柱狀，主要礦物成份為鉀長(zhǎng)石、石英及云母等，屬較硬巖。所有勘探孔均未穿透該層，最大控制厚度為37.3m。

4.4 隧洞垂直最小覆蓋厚度驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算，隧洞洞身垂直覆蓋厚度在15.0～45.0m之間，滿足最小厚度為7.0m的要求。

4.5 水力計(jì)算

1）水頭損失計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，校核水位138.06m下總水頭損失7.4m，設(shè)計(jì)水位（1310.0m）下總水頭損失6.7m。

2）隧洞水力坡降線

隧洞水力坡降計(jì)算取設(shè)計(jì)水位和校核水位兩種情況進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，隧洞洞頂以上壓力余幅大于2.0m，滿足規(guī)范要求。

3）高速水流水力設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算，洞內(nèi)流速最大為6.58m/s，小于100 m/s，故無(wú)需進(jìn)行防空蝕計(jì)算。

4.6 隧洞支護(hù)襯砌參數(shù)

1)隧洞出口邊坡支護(hù)處理

在隧洞出口施工過(guò)程中，必須及時(shí)做好洞口邊坡處理，實(shí)現(xiàn)“早進(jìn)洞，晚出洞，”達(dá)到減少洞口開(kāi)挖，縮短工期，減小環(huán)境破壞的目的。巖石開(kāi)挖采用1∶0.75邊坡，土方開(kāi)挖邊坡1∶2。開(kāi)挖坡面采用錨噴及掛網(wǎng)支護(hù)，噴混凝土厚100mm，錨桿采用?20、長(zhǎng)2.0m、間排距2.0m的梅花形布置，鋼筋網(wǎng)采用?8，間距為250mm×250mm，坡頂設(shè)排水溝。

2）噴錨支護(hù)

工程隧洞寬度為4.0m，依據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，噴射混凝土厚度取0.05m。

3）襯砌支護(hù)

對(duì)洞身段圍巖為Ⅰ、Ⅱ類(lèi)圍巖，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為0.35m。

4.7 隧洞灌漿設(shè)計(jì)

隧洞襯砌混凝土澆筑結(jié)束后，對(duì)襯砌頂拱120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，灌漿孔排距為2.0m，每排設(shè)1個(gè)灌漿孔，灌漿壓力為0.3～0.5MPa。灌漿孔應(yīng)深入圍巖50mm以上。

對(duì)隧洞出口及斷層破碎帶等部位，進(jìn)行固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿在回填灌漿后進(jìn)行，灌漿孔排距為3.0m，梅花型布置，灌漿孔長(zhǎng)度為2.0m。

5 結(jié)語(yǔ)

清開(kāi)供水工程是為鐵嶺市清河區(qū)和開(kāi)原市提供城市和生活用水保障，徹底解決清河區(qū)和開(kāi)原市供水短缺問(wèn)題，促進(jìn)清河區(qū)、開(kāi)原市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展；有效地緩解清河區(qū)、開(kāi)原市用水緊張狀況，促進(jìn)清河區(qū)和開(kāi)原市地下水有效恢復(fù)；改善生態(tài)環(huán)境，充分利用現(xiàn)有的工程資源，促進(jìn)政府關(guān)閉地下水行動(dòng)得到有效落實(shí)。現(xiàn)供水工程已通過(guò)試水驗(yàn)收，供水運(yùn)行狀況良好。