輸水隧洞充水試驗(yàn)過程及效果淺析

姜潤文

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

輸水隧洞充水試驗(yàn)過程及效果淺析

姜潤文

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

針對(duì)采用壓力流輸水的隧洞進(jìn)行了充水試驗(yàn)，在分段分級(jí)控制內(nèi)水壓力的條件下進(jìn)行了閉水試驗(yàn)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理和分析。

輸水隧洞；充水；試驗(yàn)；效果

1 概 述

某輸水隧洞工程采用壓力流輸水方式，從水庫邊的取水頭部到出口，總長(zhǎng)為29.1km。其中含兩個(gè)過河鋼管連接段（位于上游的連接段中有一個(gè)配水站），將隧洞間隔為3段總長(zhǎng)為25.498 km，圓形斷面，成洞洞徑為6m。

取水頭部進(jìn)水口采用分層取水方式，共分三層，工作閘門均為潛孔式平面定輪鋼閘門，隧洞進(jìn)口設(shè)置一孔6 m×6 m快速閘門。隧洞襯砌采用0.4m厚C25W12F150普通鋼筋混凝土及0.5m 厚C40W12F150后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，分縫長(zhǎng)度為12m；過河段采用的是鋼管外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2 充水過程控制原則

（1）小流量充水。采用較小的流量對(duì)即將投入運(yùn)行的水工隧洞充水是一項(xiàng)重要原則和主要手段，它不僅可以避免水錘，也是減小排、進(jìn)氣設(shè)施規(guī)模的重要條件之一。并做到自上而下、逐段、小流量充水，滿流條件下控制流速為0.3m/s。

（2）壓力和流量指標(biāo)。某一段隧洞充水過程中，應(yīng)以壓力和流量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)控制。在向下一段隧洞充水前，上一段隧洞水壓線標(biāo)高應(yīng)高于洞頂2m。

3 充水前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

3.1 檢查沿線設(shè)施、設(shè)備

充水前要確保隧洞內(nèi)部及沿線設(shè)施、設(shè)備已全部通過檢查和驗(yàn)收，并確保各種輔助設(shè)施、監(jiān)控量測(cè)儀表及通訊設(shè)備等均處于完好狀態(tài)。保證攔污柵、工作閘門、快速閘門、管道閥門及備用電源等開關(guān)狀態(tài)符合充水方案要求。

3.2 選擇工作閘門運(yùn)行方式

當(dāng)進(jìn)水口水位在126m以上時(shí)，啟用上層閘門充水；水位在118～12m時(shí)，啟用中層閘門充水；水位在108～118m時(shí)，啟用下層閘門充水。

3.3 計(jì)算前池充水量

利用分層工作閘門將隧洞進(jìn)水前池（面積為622m2）充滿到充水方案中計(jì)算成果提出的充水量，再通過調(diào)整快速閘門開度向隧洞內(nèi)充水。

4 隧洞段充水方法

4.1 充水區(qū)段劃分

為滿足輸水隧洞工程系統(tǒng)調(diào)流調(diào)壓要求，在配水站內(nèi)干線管道上設(shè)置了4套活塞式調(diào)流閥，結(jié)合調(diào)流閥具有的調(diào)流、調(diào)壓、抗氣蝕和抗振動(dòng)性能，沖洗過程分為取水頭部～配水站、配水站～隧洞出口兩段。

實(shí)際操作過程中，為滿足隧洞段利用明流沖洗底板和借用隧洞出口穩(wěn)壓塔泄流的分段沖洗需要，以及取水口工作門和快速門聯(lián)合控流試驗(yàn)的成功，為同時(shí)量測(cè)隧洞混凝土襯砌后的滲水量，最終充水時(shí)是將整個(gè)隧洞段一次充水，分段分級(jí)進(jìn)行了閉水試驗(yàn)。

4.2 充水方法

（1）充水特征參數(shù)。

按上述充水原則計(jì)算出隧洞充水特征參數(shù)詳見表1。

表1 隧洞充水特征參數(shù)表

（2）工作門和快速門收縮系數(shù)率定。

第一段利用工作門和快速閘門聯(lián)合控制開度充水，均為閘孔出流。采用的計(jì)算公式為，μ為閘門流量系數(shù)，ω為閘孔過流面積（m2），，計(jì)算控制流量的精度主要取決于μ的取值。

在利用明流對(duì)底板混凝土沖洗過程中，根據(jù)隧洞前池的水位容積關(guān)系、放空時(shí)間、工作門和快速門開度、水頭差等率定了工作門和快速門的μ值。在率定工作門μ值時(shí)，是利用快速門放空前池余水，再將快速門全關(guān)后，利用進(jìn)水口水位將工作門開啟一定高度，向前池邊充水邊率定。在率定快速門μ值時(shí)，是將工作門全關(guān)后，將快速門開啟一定高度，用明流向隧洞內(nèi)充水，率定成果詳見表2、3。

表2 工作門放水特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算表

表3 快速門放水特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算表

根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)計(jì)算成果，則：

（3）工作門和快速門聯(lián)合調(diào)控充水。

快速門底板高程為96.5m，頂高程為102.5m，為避免充水過程中快速門前形成渦流和摻氣現(xiàn)象，需將前池水位控制在105m左右。因?yàn)槌渌髁俊⒐ぷ鏖T及快速門μ值、充水水位H進(jìn)水、工作門及快速門底高程等參數(shù)已知，則可計(jì)算出工作門和快速門開度，進(jìn)行控流充水。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，工作門和快速閘門按照10mm/min（約0.17mm/s）的速度均勻開啟至控制開度。

5 隧洞段充水調(diào)試成果及分析

2010年9月17日至18日，利用上述的控制方法進(jìn)行了充水調(diào)試，實(shí)測(cè)充水至105m水位時(shí)間為26.15h，比理論計(jì)算時(shí)間提前0.78h，這是由于理論計(jì)算簡(jiǎn)化為滿流，未考慮水力坡度、明流流速等因素。

鑒于有關(guān)規(guī)范、規(guī)程未制定壓力隧洞的試壓標(biāo)準(zhǔn)、方法，同時(shí)由于隧洞洞徑大、需充水水量大，加上水源條件的限制和代價(jià)高昂，極難利用一般的水源對(duì)隧洞段單獨(dú)進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)。該工程利用上游水庫作為水源進(jìn)行分段充水，并抓住當(dāng)時(shí)水庫水位較常年高的有利時(shí)機(jī)，借鑒和參照了《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268-2008）的有關(guān)規(guī)定，對(duì)隧洞段進(jìn)行了分級(jí)閉水試驗(yàn)，實(shí)測(cè)了壓力降值、滲水量值，對(duì)其輸水的功能特性進(jìn)行了初步分析。

5.1 閉水試驗(yàn)結(jié)果

（1）105m試驗(yàn)水頭。

當(dāng)充水水位至105m左右時(shí)，相應(yīng)隧洞出口內(nèi)水壓力為0.30MPa，采用關(guān)閉工作門，全開快速門方式，利用前池水位和容積變化情況推算壓力降和滲水量。觀測(cè)15min內(nèi)前池水位下降0.03m。觀測(cè)閉水120min內(nèi)，前池水位下降0.28m，則實(shí)測(cè)滲水量為：

（2）110m試驗(yàn)水頭。

調(diào)整為0.10m，升壓至110m水位時(shí)關(guān)閉工作門，相應(yīng)隧洞出口內(nèi)水壓力為0.35MPa。觀測(cè)15min內(nèi)前池水位下降0.08m。觀測(cè)閉水120min內(nèi)，前池水位下降0.39m，則實(shí)測(cè)滲水量為：

（3）115m試驗(yàn)水頭。

當(dāng)110m水位閉水試驗(yàn)完成后，將工作門開度調(diào)整為0.10m，升至115m水位時(shí)關(guān)閉工作門，相應(yīng)隧洞出口內(nèi)水壓力為0.40MPa。觀測(cè)15min內(nèi)前池水位下降0.10m。觀測(cè)閉水200min，前池水位下降0.76m，則實(shí)測(cè)滲水量為：

（4）131m試驗(yàn)水頭。

考慮需利用配水站旁通蝶閥和調(diào)流閥為隧洞出口至下一區(qū)段的配水站間充水，為避免充水時(shí)發(fā)生振動(dòng)、氣蝕等危險(xiǎn)現(xiàn)象，要求配水站調(diào)流閥后水頭控制在115m。

鑒于115m試驗(yàn)水頭時(shí)，第一段隧洞的內(nèi)水壓力為0.25MPa（長(zhǎng)度為6464 m），同時(shí)考慮到隧洞以下管線充水的要求，采取關(guān)閉配水站直通蝶閥、全開工作閘門的方式，對(duì)隧洞第一段繼續(xù)升至水庫水位131m，相應(yīng)隧洞內(nèi)水壓力上升為0.41MPa，然后關(guān)閉工作閘門。觀測(cè)15min內(nèi)前池水位下降0.015m。觀測(cè)閉水120min，前池水位下降0.05m，則第一段隧洞實(shí)測(cè)滲水量為：

5.2 閉水試驗(yàn)成果分析

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268-2008）管道功能性試驗(yàn)要求，參考第9.2.10條現(xiàn)澆鋼筋混凝土管渠標(biāo)準(zhǔn)，要求當(dāng)15min后壓力降不超過3m水頭，實(shí)測(cè)滲水量小于或等于按下列公式計(jì)算的允許滲水量：

參照此標(biāo)準(zhǔn)，上述隧洞段各分級(jí)升壓閉水試驗(yàn)后的實(shí)測(cè)值均滿足允許壓力降和允許滲水量要求。按規(guī)范規(guī)定，隧洞充滿水后，至少應(yīng)浸泡72h，由于連續(xù)充水試壓的需要，該試驗(yàn)省略了此項(xiàng)工作，故測(cè)試成果包含了混凝土的吸水量，試驗(yàn)值應(yīng)比實(shí)際滲水量偏大。這里需要說明的是壓力隧洞屬地下工程，施工環(huán)境、施工條件等較一般現(xiàn)澆鋼筋混凝土管渠所處環(huán)境惡劣，按允許壓力降和允許滲水量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)進(jìn)行考核時(shí)應(yīng)適當(dāng)放寬。

6 結(jié) 語

該段輸水隧洞工程采用壓力流輸水方式，設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力為0.5MPa,從隧洞進(jìn)口至配水站長(zhǎng)度為6.46km，配水站至隧洞出口長(zhǎng)度為22.64km。自2010年9月17日起從上游開始進(jìn)行全線充水試驗(yàn)，至11月14日正式通水運(yùn)行，以配水站為界，運(yùn)行中上、下游最大內(nèi)水壓力分別達(dá)到0.33 MPa,0.24 MPa，截至目前，隧洞工程已累計(jì)安全運(yùn)行1330天，向下游六城市供水7.6億m3，發(fā)揮了較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3年多來，運(yùn)行管理過程中所取得的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)參數(shù)顯示輸水系統(tǒng)運(yùn)行正常，也充分證明了充水調(diào)試試驗(yàn)是成功的，可供類似輸水隧洞工程參考。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.06.015

TV672+.2

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1008-1305（2014）06-0047-03

姜潤文（1967年-），男 ，高級(jí)工程師。