水庫輸水洞除險加固設計技術探討

王小兵

（新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所，烏魯木齊830000）

水庫輸水洞除險加固設計技術探討

王小兵

（新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所，烏魯木齊830000）

通過對輸水洞除險加固方案的確定，提出了在輸水洞出口下部與泄洪渠相接處，采用相應的護砌與消能措施的技術措施，在輸水洞出口處設置消力池，以防止巖石的進一步風化及泄洪渠底面的進一步?jīng)_蝕。工程實踐證明，該技術措施治漏效果明顯，確保了水庫輸水洞的正常運行，可以最大限度的解除水患，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來便利，提高水庫抵抗水旱災害的能力，保證了水庫周邊居民的安全，有力的促進農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)發(fā)展。

輸水洞；除險加固；消力池；海漫

1 工程概況

某水庫樞紐工程由攔河壩、溢洪道、輸水洞3部分組成。水庫輸水洞為直徑1.5m的有壓隧洞，進口洞底高程535.85m，洞長86.00m，出口高程532.81m。輸水洞進口有啟閉塔一座，其斷面4m2×4m2，安裝工作閘門一扇，并配有螺桿啟閉機。輸水洞進口設啟閉塔工作閘門1個，最大泄量17.00m3／s。輸水洞位置在攔河壩右側，但是輸水洞進口啟閉機啟閉困難，閘門漏水；輸水洞出口沒有消力池，沖坑越來越深，沖坑面積越來越大；輸水洞泄洪渠沒有保護措施，不斷吞噬耕地，且威脅左側居民。

2 輸水洞除險加固方案

2.1 輸水洞除險加固方案確定

輸水洞的除險加固方案主要為：①在輸水洞的出口出設置消力池能將急流轉變成緩流；②對已不能正常運行的輸水洞進口閘門及啟閉機進行重新安裝更換。

1）銜接段翼墻。位于輸水洞出口處的平臺，需要修建鋼筋混凝土翼墻進行銜接。

2）消力池。在輸水洞下游處修建，消力池底板高程為525.05 m，寬度為10 m，長度為22 m，在消力池兩邊構筑一個高5.6 m的高擋土墻，河道處理方式采用土方回填的方式，并對翼墻以上土體按1∶1.5進行削坡。

3）在消力池下游需要修建海漫。海漫底板高程為526.65 m，寬度為10 m，長度31 m，海漫兩側前段5 m鋼筋混凝土翼墻，墻高由4 m降至2 m，后段長26 m，為漿砌石結構，海漫兩側的處理方式采用土方回填，并對翼墻以上土體按1∶1.5進行削坡［1］。

3 輸水洞除險加固設計

3.1 水力計算

1）輸水洞水位參數(shù)。水庫水位見表1。

表1 水庫水位

2）輸水洞過流能力計算。輸水洞過流能力按照無壓流公式計算：

式中：Q為輸水洞過流量，m3／s；B為洞寬，m，取1.2 m；H0為行進流速在內(nèi)的進口的水深，m；g為重力加速度，g＝9.8 m／s2；hs為輸水洞進口內(nèi)水深；m為流量系數(shù)，可取值m＝0.36；ε＝0.95；σ為淹沒系數(shù)；v為上游行進流速，m／s；經(jīng)過計算可得：Q＝0.87 m3／s＞0.8 m3／s。

3.2 輸水洞消力池設計

3.2.1 消能型式的選擇

該水庫輸水洞為有壓式隧洞，單寬流量、流速及設計水頭較大，為了選擇在經(jīng)濟上合理、技術上可行的方案，將消力檻和消力池做了方案對比，主要工程量及投資情況見表2。由表1可以看出，消力池方案具有較大的經(jīng)濟優(yōu)勢，故采用消力池的消能方式。

表2 消力檻與消力池方案對比表

3.2.2 輸水洞消力池消能計算

1）鼻坎距閘下水流收縮斷面的距離計算：

式中：h、v分別為鼻坎出口斷面的水深和流速；θs為水舌射出角；S為鼻坎頂點與下游水面的高差；g為重力加速度。經(jīng)過計算得鼻坎距閘下水流收縮斷面的距離：Xp＝11.69 m。

2）輸水洞消能據(jù)《涵閘水力計算》，消力池按照下列公式計算：

式中：T0為上游水頭，m；q為單寬流量，m3／s；h″為躍后水深，m；φ為流速系數(shù)。

經(jīng)過計算得：h′＝0.097；h″＝2.275；h″＞hσ，所以，在輸水洞出口處需要設置消力池。

3.2.3 消力池深度設計

1）輸水洞消力池深度按照計算公式：

d0＝1.25（h″－h(huán)σ）＝1.598 m，此處消力池深度選取d0＝1.60 m。

2）消力池深度穩(wěn)定性驗算：

T0＝H＋d0＝17.35 m；

3.2.4 消力池長度設計

1）消力池水躍計算：

消力池水躍高度：a＝h″－h(huán)′

經(jīng)過計算得：a＝2.247 m，ln＝10.883 m。

2）消力池長度計算：

式中：lk為消力池長度；β為水躍長度校正系數(shù)，可采取0.7～0.8。經(jīng)過計算得消力池長度為lk＝20.396 m，實際工程選取lk＝22 m。

3.3 輸水池海漫長度設計

海漫長度按照以下公式計算：

式中：Lp為海漫長度，m；qs為消力池末端單寬流量，m3／s；Ks為海漫長度計算系數(shù)。經(jīng)過計算得Lp為30.74，實際海漫長度選取為31 m。

4 輸水洞除險加固施工設計

1）銜接段翼墻。輸水洞出口處有一平臺，需要修建鋼筋混凝土翼墻。墻高為1.5 m，上頂寬為0.3 m，下底寬為0.5 m。

2）消力池施工設計。在輸水洞左岸設移動拌合場，用0.4 m3攪拌機拌料，用5 t汽車吊斗入倉。人工現(xiàn)場綁扎鋼筋、支模板，平倉內(nèi)混凝土，用1.1 kW棒式振搗器振搗，養(yǎng)生28 d。

3）海漫施工設計。由于海漫兩側的擋土墻高度需要從4 m漸變到2 m，漸變段采用C20鋼筋混凝土結構，長度為5 m，上頂寬0.3 m，下底寬由0.9 m漸變到0.6 m；海漫的其余部分采用漿砌石結構，長度為26 m，上頂寬0.5 m，下底寬1.5 m。為了使兩岸的邊坡穩(wěn)定，需要對海漫兩岸進行土方回填，并對翼墻以上土體按1∶1.5進行削坡。

［1］張海波.剖析巨龍湖水庫除險加固中的輸水洞設計［J］.黑龍江水利科技，2013，41（12），48－60.

TV697.3

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1007－7596（2015）05－0061－02

2014－10－31

王小兵（1982－），男，甘肅天水人，工程師，從事水文地質研究工作。