供水水庫莊常水位運(yùn)行期間的輸水隧洞設(shè)計實(shí)例另析

徐　偉

（深圳市廣匯源水利勘測設(shè)計有限公司　深圳市　518020）

?

供水水庫莊常水位運(yùn)行期間的輸水隧洞設(shè)計實(shí)例另析

徐偉

（深圳市廣匯源水利勘測設(shè)計有限公司深圳市518020）

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和城市人口數(shù)量的逐漸增多，飲用水的需求量也逐漸加大，質(zhì)量要求不斷提高，引用水的安全保障工作亟待解決。文章結(jié)合茜坑水庫至龍華觀瀾茜坑水廠輸水系統(tǒng)改造工程，對正常水位運(yùn)行期間的輸水構(gòu)筑物設(shè)計進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】水庫輸水構(gòu)筑物改造分析

近年來，由于社會、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口急劇上升，飲用水的需求量急劇攀升，對水廠供水水質(zhì)的要求不斷提高，而限于常規(guī)制水工藝的局限性，水廠對原水也提出了一定的要求［1］。為進(jìn)一步加強(qiáng)飲用水安全保障工作，保證原水水質(zhì)和水量已成為當(dāng)前龍華片區(qū)、觀瀾片區(qū)人民的迫切愿望，茜坑水庫至龍華觀瀾茜坑水廠輸水系統(tǒng)改造工程意義重大。

1　工程概況

茜坑水庫位于深圳市龍華新區(qū)，始建于1993年4月，2002年5月完成擴(kuò)建，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇，屬中型水庫，Ⅲ等工程。水庫正常蓄水位75.00m，設(shè)計洪水位75.2m，校核洪水位75.30m，正常庫容1 857萬m3、總庫容1 917萬m3。水庫主要建筑物包括主壩、4座副壩、溢洪道和壩下DN1200輸水涵管等。主壩為均質(zhì)土壩、壩長389m、壩頂高程76.8m、最大壩高28.8m。茜坑水庫水源主要來自境外引水，主要包括龍茜供水工程和北線引水工程，經(jīng)水庫調(diào)蓄和轉(zhuǎn)輸水量每年可達(dá)5億m3以上。

龍華茜坑水廠、觀瀾茜坑水廠均位于深圳市龍華新區(qū)，其中龍華茜坑水廠位于龍華新區(qū)大浪街道，供水范圍為大浪街道、民治街道和龍華街道，供水面積約86km2，目前供水規(guī)模為33萬m3/d；觀瀾茜坑水廠位于龍華新區(qū)觀瀾街道，供水范圍為觀瀾街道，供水面積約75km2，目前供水規(guī)模為30萬m3/d。

2　工程布置和建筑物

2.1工程布置

擬于茜坑水庫大壩左壩頭設(shè)分層取水口，后設(shè)引水隧洞，經(jīng)主壩左岸山體隧洞掘進(jìn)，出口設(shè)于茜坑水庫管理所景觀塘的東南側(cè)，出口設(shè)文丘里流量計，后設(shè)支管分別接入龍華茜坑泵站（提升至龍華茜坑水廠）、觀瀾茜坑水廠一期、新建的觀瀾泵站（提升至觀瀾茜坑水廠二期）、預(yù)留觀瀾茜坑水廠三期分水口、水庫放空管至茜坑水庫排洪渠，供水系統(tǒng)如附圖所示。

取水建筑物主要由分層取水口、引水隧洞組成。引水隧洞主要用來滿足觀瀾水廠一、二期和規(guī)劃三期總計50萬m3/d，以及龍華水廠遠(yuǎn)期供水量50萬m3/d，兩區(qū)合計約100萬m3/d的供水量。隧洞采用圓形斷面，全線長640m，其中隧洞長568m，埋管段長72m。

新建觀瀾泵站設(shè)置于現(xiàn)有觀瀾茜坑老廠廠址，拆除現(xiàn)有老水廠建筑物進(jìn)行建設(shè)，距離水庫大壩壩腳約60多米，施工及運(yùn)行期間均不會對大壩造成影響。泵站用于向龍華茜坑水廠遠(yuǎn)期供水提升，泵站規(guī)模按25萬m3/d進(jìn)行設(shè)計。

附圖　供水系統(tǒng)圖

引水隧洞全長568m，圓形斷面隧洞DN3000，設(shè)350mm厚C30鋼筋混凝土襯砌，圍巖面作噴錨支護(hù)。隧洞出口接明挖鋼管與新建泵房相接，干管分支管與觀瀾一、二期進(jìn)水聯(lián)通管相接，穿越北線及龍茜供水管時采用頂管施工。在隧洞出口設(shè)文丘里流量計一套，用于對原水總供水量的計量。隧洞進(jìn)口段設(shè)檢修及工作閘門，進(jìn)口管底高程為52m，以保證常年的補(bǔ)給水量。

2.2主要建筑物設(shè)計

（1）取水建筑物。本工程擬于水庫主壩左壩頭設(shè)置分層取水口從水庫取水輸水至兩水廠，按功能要求必需具有從水庫按需取水的功能，保證取水質(zhì)量，同時滿足不同出水流速。故此，本工程取水口采用分層取水型式。目前，分層取水建筑物型式主要有多層取水口、疊梁門等形式［2］。

多層取水口布置方式的特點(diǎn)是將水道進(jìn)水口沿豎向按取水高度分別設(shè)成幾個進(jìn)口，每個進(jìn)口都能滿足取水能力，水位較高時關(guān)閉下部進(jìn)水口閘門，水位較低時開啟下部進(jìn)水口閘門，適合于引流量小、水庫水深不大、取水口處場地較開闊的工程。

（2）圍堰設(shè)計。為保證水庫正常蓄水位，滿足施工期間水庫供水功能需要，圍堰是本工程的關(guān)鍵。針對深水基礎(chǔ)本工程采用雙壁鋼圍堰。圍堰承受的荷載必需滿足水頭壓力、以及進(jìn)水塔施工平臺作用的豎向作用力影響。根據(jù)圍堰整體穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)受力情況等進(jìn)行驗(yàn)算，通過對其強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、錨錠系統(tǒng)、施工期等不同工況分析以滿足工程施工需要。

3　輸水隧洞設(shè)計

隧道擬采用新奧法施工。隧道開挖采用全斷面鉆爆法和正臺階法，支護(hù)采用錨噴支護(hù)。錨噴支護(hù)既是施工安全的保障措施，也是永久性支護(hù)的一部分。在圍巖變形基本穩(wěn)定后進(jìn)行模筑混凝土二次襯砌施工。

采用鉆爆法開挖隧道，由風(fēng)鉆打孔。光面爆破采用直眼掏槽，小直徑藥卷間隔裝藥，起爆方式采用毫秒微差塑料導(dǎo)爆管有序起爆，應(yīng)采用合理的炮眼布置及光面爆破參數(shù)。光面爆破巖石，劈槽與掘進(jìn)孔先后引爆，用水泵消塵、空壓機(jī)排煙，之后軌道運(yùn)輸出碴。隧道初期支護(hù)包括砂漿錨桿、網(wǎng)噴混凝土、格柵鋼架等型式，依據(jù)圍巖類別及地表覆蓋層厚度的不同而分別設(shè)置。施工支護(hù)緊隨開挖斷面及時施作，以減少圍巖暴露時間，控制圍巖變形，防止圍巖在短期內(nèi)松馳。支護(hù)采用風(fēng)鉆造孔，插管超前注漿，打錨筋，掛鋼筋網(wǎng)（或鋼拱架），噴混凝土。

靠近進(jìn)水塔的斷層，設(shè)計中采用回填混凝土塞，固結(jié)灌漿，對圍巖部分進(jìn)行加固。進(jìn)水塔基礎(chǔ)潛入基巖約3m，對四周的圍巖形成支撐作用，以保障塔體的穩(wěn)定。進(jìn)水口高程可以適當(dāng)?shù)鸵恍?，根?jù)已建工程的觀測，合理設(shè)計進(jìn)水口高程。

圓形斷面隧洞直徑DN3000，設(shè)350厚C30鋼筋混凝土襯砌，圍巖面作錨桿支護(hù)。茜坑水庫正常蓄水位75m，日常運(yùn)行水位（66～73）m，死水位52m；觀瀾一期水廠進(jìn)水井水位設(shè)計高程：59.1m，觀瀾二期水廠進(jìn)水井水位設(shè)計高程：69.55m。龍華茜坑泵站水泵安裝高程為52.27m，新建觀瀾泵站設(shè)計高程50.0m。

隧洞的抗?jié)B能力與隧洞圍巖的覆蓋厚度有關(guān)，圍巖厚度與施工方法有直接的聯(lián)系，在施工過程中根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果及時錨噴支護(hù)，控制圍巖變形，在地質(zhì)條件較差的圍巖中可以避免變形造成的壓力，圍巖壓力的變化目前只能根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和變形監(jiān)測進(jìn)行分析。

隧洞的外水壓力作用一般結(jié)合圍巖的滲透系數(shù)、地質(zhì)構(gòu)造、排水出水點(diǎn)條件來確定，由于計算工作量較大，一般先計算襯砌面上的外水壓力。有時為了抵御地下水壓力，需要增加襯砌厚度，在滿足覆蓋厚度規(guī)定的條件下，采用排水措施降低外水壓力。

表3　心墻摻和料顆粒分析抽檢成果統(tǒng)計表　%

另設(shè)計抗?jié)B指標(biāo)為K=1.00×10-5，取樣檢測20組（共5大組、每大組取4小組），參透系數(shù)最大值3.27×10-6，最小值1.26×10-7，平均值9.44×10-7；抗剪指標(biāo)共取樣10組，摩擦角最大值24.86，最小值18.1，平均值21.92。經(jīng)復(fù)核均滿足規(guī)范要求。

6　結(jié)　語

通過對獅泉河水電站施工期筑壩材料試驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析，改性摻和料作為黏土心墻土石壩中的一種防滲新材料，并成功地運(yùn)用在獅泉河水電站工程建設(shè)中，這一工程舉措具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價值。

作者簡介：徐偉（1982-），男，湖南益陽人，大學(xué)本科，高級工程師，研究方向：水利水電，手機(jī)：13824420843。

收稿日期：（2016-02-23）