水庫一洞三用取放水隧洞方案設(shè)計

劉秀杰 李超

摘 ?要：在水庫取放水隧洞方案優(yōu)化設(shè)計過程中，綜合考慮工程占地、施工難度等因素，從技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性、施工便捷性等方面，優(yōu)選“利用臨時導(dǎo)流隧洞改造為后期有壓取水/放空隧洞”的一洞三用取放水方案。并經(jīng)水力計算、穩(wěn)定性計算等計算分析，論證結(jié)果表明設(shè)計方案及參數(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，具有較高的安全可靠性、施工便捷性和經(jīng)濟(jì)合理性，為工程施工建設(shè)提供了重要技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：水庫;導(dǎo)流隧洞;水工建筑物;取放水;放空洞

1 工程概況

某水庫以城市供水為主，兼顧農(nóng)村人飲、農(nóng)田灌溉和生態(tài)環(huán)境修復(fù)等功能。水庫壩址以上流域面積為28.5km3，多年平均徑流量1584.6萬立方米，多年平均降水量977.40mm。水庫正常蓄水位為932.50m，死水位910.50m，正常庫容867.8萬立方米，總庫容912.7萬立方米，年供水能力908.5萬立方米/年?？値烊?12.7萬立方米屬于0.01～0.10億立方米范疇，該水庫為IV等?。?）型水庫，水庫防洪等級一般[1]。

2 取放水隧洞建筑物方案比選分析

2.1 取放水隧洞方案的綜合比選

根據(jù)水庫壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件并結(jié)合水庫工程特性、輸水管線布置等因素，在方案比選過程中設(shè)計出三種方案進(jìn)行對比分析，即：方案一：在大壩右岸單獨(dú)新建取水隧洞實現(xiàn)供水;方案二：改造利用大壩臨時導(dǎo)流隧洞為后期的有壓取水/放空隧洞（方案組成為：“龍?zhí)ь^”岸塔式取水口+有壓洞身+出口接取/放水管）;方案三：改造利用大壩臨時導(dǎo)流隧洞為后期的無壓取水/放空隧洞（方案組成為：“龍?zhí)ь^”岸塔式取水口+無壓洞身+洞內(nèi)穿取/放水管）。為了確保方案具有較高的安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，將三個設(shè)計方案從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行對比分析，其分析成果如表1所示。

從表1對比分析成果可以看出：在大壩右岸新建有壓取水隧洞方案相比改造臨時導(dǎo)流隧洞方案，其具有布置緊湊、施工便捷、工期較短等優(yōu)點，但其整體投資最大，綜合投資性價比較低;利用臨時導(dǎo)流隧洞改為后期無壓取放水方案，壓力管線增加較長，需要壓力鋼管約186t，綜合投資需要1175.21萬元，較不經(jīng)濟(jì)。經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工便捷等方面的綜合對比分析，設(shè)計推薦采用“改造利用臨時導(dǎo)流隧洞為后期的有壓取水/放空隧洞”的設(shè)計方案，實現(xiàn)一洞三用即在實現(xiàn)水庫可靠供水功能的基礎(chǔ)上，合理利用水庫大壩結(jié)構(gòu)和臨時建筑物，實現(xiàn)資源的再利用，工程投資和施工建設(shè)可靠且經(jīng)濟(jì)。

2.2 一洞三用取放水隧洞建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計

將臨時導(dǎo)流隧洞出口改造修筑成取水口和放空洞，即：取水口+隧洞“龍?zhí)ь^”改造段+有壓隧洞洞身+放空洞和取水壓力管口等部分組成。經(jīng)方案優(yōu)化布置和計算分析，整個隧洞長度為267m，其中取水口閘室段長7.20m，“龍?zhí)ь^”改造段長8.50m，與導(dǎo)流隧洞共用隧洞洞身長239.3m，出口放空閘室段長12.0m。在取水口進(jìn)口處設(shè)置1扇3.0×2.0m（長×高）的攔污柵和1扇2.0×2.0m（長×高）的檢修閘門。進(jìn)口閘井底板高程為908.00m，進(jìn)口段經(jīng)水平和豎向轉(zhuǎn)彎改造后（在取0+000.00～取0+015.70處）接到導(dǎo)流隧洞洞身內(nèi)部，中段采用導(dǎo)流隧洞洞身供水（在取0+015.70～取0+255.00處），在導(dǎo)流隧洞出口處右側(cè)采用φ800鋼管將水接至出口閘閥室，并根據(jù)規(guī)范和計算值在閘閥前設(shè)置φ300mm農(nóng)田灌溉兼生態(tài)環(huán)境修復(fù)放水管。導(dǎo)流洞出口處改造后作為水庫放空洞，設(shè)置1扇1.5×1.5m（長×高）的弧形工作閘門，放空洞底板高程為890.64m。

3 一洞三用取放水隧洞建筑物水力計算分析

3.1 取放水隧洞建筑物水頭損失計算

根據(jù)李煒主編《水力計算手冊》和《水工建筑物水力學(xué)計算軟件》所列公式和參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行電化運(yùn)算，計算中隧洞鋼筋混凝土襯砌其糙率系數(shù)選擇為n=0.014，而壓力鋼管其糙率系數(shù)選擇為n=0.012，經(jīng)計算隧洞進(jìn)口段水力損失為0.22m，隧洞洞身段水力損失為0.01m，壓力鋼管段水力損失為0.04m，總計為0.27m，水力損失較小，滿足可靠供水需求。

3.2 取放水隧洞建筑物泄流能力計算

按照《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》（SL279-2002）推薦公式進(jìn)行計算，計算結(jié)果表明：當(dāng)水庫水位處于死水位910.50m工況時，在閘閥全開條件下，隧洞最大泄流流量為Q=0.98m3/s，比引用流量0.672m3/s（其中：城市供水流量為0.397m3/s，農(nóng)田灌溉供水流量為0.213m3/s，生態(tài)環(huán)境修復(fù)流量為0.062m3/s），表明優(yōu)化設(shè)計的隧洞水工建筑物的尺寸、結(jié)構(gòu)等均滿足泄流能力技術(shù)指標(biāo)。

3.3 取放水隧洞建筑物最小淹沒深度計算

運(yùn)用設(shè)計規(guī)范推薦的戈登公式計算引水隧洞進(jìn)水口最小淹沒水深計算，其中進(jìn)水口形狀系數(shù)取0.73;閘孔斷面的流速經(jīng)計算為0.131m/s;閘孔高度為2.0m。經(jīng)計算得：進(jìn)水口最小淹沒水深為0.135m。而取水兼放空隧洞進(jìn)口底板高程設(shè)置為908.00mm，在水庫處于死水位910.50m時，閘孔頂板以上最小水深大于0.135m。水庫設(shè)計壩前淤沙高程為907.23m，低于進(jìn)水口底板高程0.77m，能夠滿足水庫安全可靠取水要求，設(shè)計高程準(zhǔn)確合理。

3.4 取放水隧洞閘室穩(wěn)定性分析

經(jīng)閘室抗滑穩(wěn)定性計算、抗傾覆穩(wěn)定計算、抗浮穩(wěn)定計算等[2]，計算結(jié)果表明：閘室在各工況條件下其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合最小值為3.36，特殊組合為2.71，大于規(guī)范規(guī)定基本組合3.0和特殊組合2.5的技術(shù)指標(biāo);閘室在各工況條件下其抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合最小值為1.39，特殊組合為1.26，大于規(guī)范規(guī)定基本組合1.30和特殊組合1.15的技術(shù)指標(biāo);閘室在各工況條件下其抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合最小值為1.45，特殊組合為1.27，大于規(guī)范規(guī)定基本組合1.10和特殊組合1.05的技術(shù)指標(biāo)。閘室抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定和抗浮穩(wěn)定均較好。

4 結(jié)束語

為確保水庫隧洞水工建筑物設(shè)計方案，具有較高安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，在規(guī)劃設(shè)計階段對方案進(jìn)行了詳細(xì)比選及計算論證分析，推薦采用改造臨時導(dǎo)流隧洞為有壓取水/放空隧洞的一洞三用取放水方案。

參考文獻(xiàn)

[1]SL279-2002.水工隧洞設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[2]SL285-2003.水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2003.