小型水庫放水隧洞及排空閘設(shè)計(jì)

陳建設(shè)

(福建省南安市水利局，福建南安362300)

小型水庫放水隧洞及排空閘設(shè)計(jì)

陳建設(shè)

(福建省南安市水利局，福建南安362300)

小型水庫一旦出險(xiǎn)，排空水庫是搶險(xiǎn)的關(guān)鍵措施，在小型水庫的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)過程中，新建放水隧洞時(shí)增設(shè)排空閘，利用隧洞因施工要求盈余的斷面在出險(xiǎn)時(shí)排空水庫是科學(xué)合理的;以南安市紅嶺小Ⅰ型水庫為例，探討小型水庫新建隧洞與水庫應(yīng)急排空通道結(jié)合的重要意義。

小型水庫;搶險(xiǎn)放水隧洞;應(yīng)急排空通道;排空閘

1 放水隧洞與水庫應(yīng)急排空通道相結(jié)合

紅嶺水庫是南安市第二批重點(diǎn)小型水庫除險(xiǎn)加固工程，其中新建放水隧洞、封堵原壩下埋涵是本次加固的主要內(nèi)容之一。新建隧洞為城門形，襯砌后斷面 b×h=1.3 m×1.8 m。在水庫放水隧洞設(shè)計(jì)過程中，原來的設(shè)計(jì)只是以保證原灌溉情況下進(jìn)行進(jìn)口閘門的設(shè)計(jì)，洞身由于施工要求，斷面盈余很多，因此，可充分利用盈余的隧洞斷面，增設(shè)進(jìn)口排空閘門，作為水庫萬一出險(xiǎn)時(shí)的應(yīng)急排空通道。

2 放水遂洞的現(xiàn)狀和改造的必要性

現(xiàn)有小型水庫絕大多數(shù)始建于上世紀(jì)50～70年代，大部分為土壩，且設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低。放水遂洞設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量差、斷面小、存在著嚴(yán)重的安全隱患又沒有辦法檢查，改造放水遂洞是小型水庫除險(xiǎn)加固工程中的必要措施。

3 放水隧洞與水庫應(yīng)急排空通道相結(jié)合的重要意義

放水遂洞的加固，在資金、地形、地質(zhì)條件允許時(shí)，一般采用新建放水隧洞和封堵舊涵洞等措施來排除險(xiǎn)情。水庫出險(xiǎn)時(shí)一般都處于滿庫狀態(tài)，此時(shí)降低庫水位、減少水庫蓄水量、保住工程安全、減少洪水給下游人民群眾造成生命財(cái)產(chǎn)損失是至關(guān)重要的。2000年5月，我市小Ⅱ型古后水庫出險(xiǎn)時(shí)，為了降低庫水位只能采取開挖降低溢洪道。可溢洪道在較堅(jiān)硬的巖基上，古后水庫又處于較高的山坡上，交通很不方便，搶險(xiǎn)時(shí)抄小路要走1 h以上，機(jī)械到不了，溢洪道又緊靠大壩不能爆破，人工開挖降低溢洪道十分困難，速度緩慢，甚至談不上搶險(xiǎn)。所以，小型水庫除險(xiǎn)加固如果有涵洞改隧洞的條件，采用隧洞排空的方法消除是科學(xué)合理的方法，但必須增設(shè)排空閘。

4 應(yīng)急排空閘的孔口斷面、隧洞過水?dāng)嗝嬖O(shè)計(jì)

由于小型水庫一般庫容較小，放水隧洞的斷面相對(duì)于小型水庫的庫容來講是比較大的。因此，為保證迎水坡的穩(wěn)定，庫水位的削落速度必須得到有效控制，施工要求的隧洞最小斷面一般能夠滿足應(yīng)急排空放水流量的要求，但必須首先計(jì)算隧洞斷面的過流量是否滿足水位降低速度＜5 m/d的要求，是否因流量太大、需要設(shè)置閘門控制，再進(jìn)行孔口斷面的設(shè)計(jì)。

隧洞過流能力計(jì)算要根據(jù)隧洞的各種情況(邊界條件)進(jìn)行過水能力計(jì)算，此次工程采用非淹沒壓力流計(jì)算公式:

經(jīng)計(jì)算本隧洞最大過流量為19.24 m3/s，當(dāng)水庫從校核水位降落至死水位時(shí)，水庫的水位下降速度約5 m/d，降落期約2 d，滿足水位降低速度要求，不需要閘門對(duì)其控制，閘門過水?dāng)嗝?b×h=1.3 m ×1.8 m。

5 大壩迎水坡滲流安全復(fù)核

雖說已對(duì)庫水位削落進(jìn)行控制，迎水坡的水位驟降滲流安全還需要進(jìn)行復(fù)核，此次工程滲流安全計(jì)算依據(jù)《福建省南安市紅嶺水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》(2011年3月)中的各巖土層物理力學(xué)參數(shù)，采用“河海大學(xué)編寫的《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)(AutoBank)》”對(duì)大壩在應(yīng)急排空時(shí)的水位驟降進(jìn)行迎水坡滲流分析計(jì)算，該軟件加入邊界條件后應(yīng)用有限元進(jìn)行分析，按大壩最大斷面進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果為單寬滲流量0.23 m/d，出逸坡降 J=0.50，小于 J允=0.62，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

大壩迎水坡穩(wěn)定計(jì)算依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)，經(jīng)采用簡(jiǎn)化畢肖甫法計(jì)算大壩最小安全系數(shù)為1.22，滿足水位驟降時(shí)壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)≥1.15的要求。

經(jīng)以上計(jì)算，紅嶺水庫除險(xiǎn)加固后的隧洞斷面和進(jìn)口斷面滿足應(yīng)急排洪要求，迎水坡安全系數(shù)也滿足要求。

6 結(jié)語

小型水庫在除險(xiǎn)加固時(shí)，如果有新建放水隧洞，其斷面通常都是為了滿足施工要求設(shè)計(jì)的，遠(yuǎn)大于正常放水所需的斷面，在設(shè)置正常放水閘的同時(shí)增設(shè)一個(gè)水庫應(yīng)急排空閘是科學(xué)合理可行的;紅嶺水庫的應(yīng)急排空閘和正常放水閘的啟閉都在鋼筋混凝土豎井上，實(shí)踐證明還有優(yōu)化的空間，可設(shè)計(jì)排架的，也可采用靠在山坡的斜拉閘或轉(zhuǎn)動(dòng)門蓋，甚至可以只設(shè)置正常放水閘，在其邊上設(shè)置一塊獨(dú)立的鋼筋混凝土板，當(dāng)水庫萬一出險(xiǎn)時(shí)從隧洞出口進(jìn)去用炸藥炸開，也可達(dá)到應(yīng)急放水的目的。應(yīng)急排洪時(shí)，原放水渠道遠(yuǎn)不能滿足排洪要求，為保證應(yīng)急排洪時(shí)的行洪安全，有條件的要把水流接入溢洪道或原河道。

［1］賈官偉，詹良通，陳云敏.水位驟降對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的模型試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009(09):1 798-1 803.

［2］福建省南安市紅嶺水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.永川:福建永川水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，南安:南安市水利局，2011.

［3］SL 274—2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

TV732

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1007-7596(2012)09-0074-01

2012-08-07

陳建設(shè)(1957-)，男，福建南安人，工程師，從事水利工程管理工作。