小型水庫(kù)無(wú)壓放水洞改建為有壓管道的技術(shù)應(yīng)用

彭 浩

（長(zhǎng)沙縣水利局，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

長(zhǎng)沙縣位于湖南省東部偏北，地形以崗地平原為主，自然攔蓄條件差，缺乏大型骨干蓄水工程，可利用的水資源量并不豐富。縣域內(nèi)無(wú)大型灌區(qū)，有中型灌區(qū)15 處，其中重點(diǎn)中型灌區(qū)3 處，一般中型灌區(qū)12 處。2019 年，長(zhǎng)沙縣為著重解決影響灌區(qū)骨干渠系正常運(yùn)行的“卡脖子”問(wèn)題，同時(shí)兼顧推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革、量測(cè)水設(shè)施建設(shè)和灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃化建設(shè)工作，積極向上級(jí)水利部門(mén)爭(zhēng)取實(shí)施了北山灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目。

1 項(xiàng)目概況

北山灌區(qū)位于長(zhǎng)沙縣西北部，地處長(zhǎng)沙、望城、汨羅3 縣交界處，土地相對(duì)集中連片，是長(zhǎng)沙縣的糧食主產(chǎn)區(qū)。灌區(qū)建成于20 世紀(jì)70 年代，設(shè)計(jì)灌溉面積5.02萬(wàn)畝，是以白溪沖與英婆沖等4 座?。á瘢┬退畮?kù)為主要水源、高低骨干渠系組成的重點(diǎn)中型灌區(qū)。由于灌區(qū)多條干渠傍丘崗坡地修建，穿山跨河，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行失修，存在隧洞坍塌、渡槽滲漏、倒虹吸堵塞、明渠淤積、部分渠段徹底斷流現(xiàn)象，實(shí)際灌溉面積萎縮，部分農(nóng)田“靠天吃飯”。為此，項(xiàng)目在前期工作階段通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)勘查和技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比選，采用低壓管道替代傳統(tǒng)渠道輸水，發(fā)揮管道灌溉節(jié)水、省時(shí)、省工、省地、省電、增產(chǎn)增效、便于管理等優(yōu)點(diǎn)。

項(xiàng)目于2019 年末開(kāi)始實(shí)施，改造取水首部工程2處，鋪設(shè)管道47.6 km，砌筑管井266 處，安裝管道電磁流量計(jì)7 處。2020 年中項(xiàng)目完工即投入使用，灌溉效果明顯，群眾十分滿(mǎn)意。

2 方案分析

從長(zhǎng)沙縣多年管灌項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，將管道與水源工程直接連通，利用小型水庫(kù)（塘壩）蓄水產(chǎn)生的水頭壓力給管道進(jìn)行自壓供水，是管灌效益發(fā)揮最大化的關(guān)鍵。要實(shí)現(xiàn)這種管道引水方式，有以下幾種方案：

1）破壩。管道破壩引水需對(duì)水源壩體進(jìn)行大開(kāi)挖，然后安裝有壓管道。這種方案需要破壞壩體，施工難度大，建設(shè)周期長(zhǎng)，造價(jià)高，對(duì)壩體整體結(jié)構(gòu)不利，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，適合小型灌區(qū)壩體不高的水源塘壩采用。

2）倒虹吸。管道倒虹吸引水可將虹吸管埋設(shè)在壩體內(nèi)外坡面上，不需要進(jìn)行大范圍破壩，施工簡(jiǎn)單，工期短，造價(jià)低，但需要安裝抽真空設(shè)備和供電設(shè)施，運(yùn)行管理難度大，對(duì)管材質(zhì)量要求高，其安裝高度還需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的水力計(jì)算。

3）無(wú)壓放水涵管改建有壓管道。放水涵管一般埋設(shè)在小型水庫(kù)及塘壩壩體內(nèi)，結(jié)構(gòu)以箱涵或預(yù)制承插管為主，斷面較小，前端有放水控制和消能設(shè)施，涵管內(nèi)為無(wú)壓出流。無(wú)壓放水涵管改建有壓管道，一種方案是將有壓管道與放水管涵尾端閉縫對(duì)接，使放水涵管無(wú)壓出流變?yōu)橛袎撼隽?，這種取水方案雖然施工簡(jiǎn)單造價(jià)低，但改變了放水涵管的設(shè)計(jì)運(yùn)行模式，易造成涵管接頭（縫）承壓漏水，給壩體安全帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)，不建議采用。另一種方案是將有壓管道從放水涵管尾端推入到前端消力井內(nèi)，然后在消力井出水口處封堵有壓管道與放水涵之間的空隙，放水時(shí)有壓流通過(guò)消力井直接進(jìn)入有壓管道。實(shí)施這種方案要求放水管涵縱向筆直不能彎曲，不然易造成管壁磨損或推入失敗，同時(shí)對(duì)消力井結(jié)構(gòu)、進(jìn)水口形式、施工人員、材料設(shè)備能否進(jìn)入也有要求，只適合部分滿(mǎn)足條件的無(wú)壓放水涵管進(jìn)行改建。

4）無(wú)壓放水洞改建有壓管道。放水洞是設(shè)在水庫(kù)放水控制和消能設(shè)施下游的無(wú)壓出流廊道，多為城門(mén)洞形，斷面較大，可以將有壓管道架設(shè)在洞內(nèi)一側(cè)，通過(guò)工程措施直接連通水庫(kù)，洞內(nèi)不再過(guò)水可變成檢修廊道。此方案對(duì)放水設(shè)施影響小，水庫(kù)整體結(jié)構(gòu)無(wú)影響，安全風(fēng)險(xiǎn)低，缺點(diǎn)是放水洞如果縱向彎曲，會(huì)增加有壓管道安裝難度和固定措施工程量。

北山灌區(qū)白溪沖與英婆沖等4 座?。á瘢┬退畮?kù)壩高在19～33 m 之間，均已完成除險(xiǎn)加固工程建設(shè)，水庫(kù)放水設(shè)施為城門(mén)洞形放水洞。根據(jù)項(xiàng)目情況和現(xiàn)狀條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比選，決定采用無(wú)壓放水洞改建有壓管道方案。

3 技術(shù)措施

以北山灌區(qū)白溪沖水庫(kù)無(wú)壓放水洞改建有壓管道為例。白溪沖水庫(kù)集雨面積4.66 km2，壩高27.5 m，壩長(zhǎng)156.4 m，正常庫(kù)容284 萬(wàn)m3，壩體為均質(zhì)土壩。放水洞位于右側(cè)壩肩山體巖層內(nèi)，襯砌斷面為城門(mén)洞形，長(zhǎng)度168 m，高1.8 m，寬1.2 m。放水洞前端連接消力井，尾端連接低干渠。消力井進(jìn)水口為D400 圓形斜拉閘門(mén)啟閉。

1）管道選型?？紤]到放水洞內(nèi)管道要求強(qiáng)度高，承受內(nèi)水壓力大，為避免運(yùn)行事故發(fā)生，管道采用DN 400 鋼管，單節(jié)長(zhǎng)度6 m，管端焊接法蘭盤(pán)，并進(jìn)行全面除銹防腐處理。

2）管道運(yùn)輸與安裝。將單根管道吊運(yùn)至制作的四輪平板小車(chē)上，人工推入洞內(nèi)適當(dāng)位置后，在四輪平板小車(chē)上將管道滾動(dòng)調(diào)整與前一根管道法蘭螺孔位置對(duì)應(yīng)，然后采用千斤頂將管道頂起平推至預(yù)先砌好的支墩上，再落管進(jìn)行組對(duì)安裝。如遇放水洞縱向彎曲段，可配合適應(yīng)角度彎頭連接，并砌筑鎮(zhèn)墩固定。安裝順序按倒退式進(jìn)行，直至管道安裝至放水洞出口后，依次安裝管道流量計(jì)、限位伸縮器、管道閘閥及自動(dòng)進(jìn)排氣閥，起到管道量測(cè)水、檢修及降低水錘影響的作用。

3）管道與斜拉閘連接。水庫(kù)水位降至消力井進(jìn)水口底部后，可在進(jìn)水口前端進(jìn)行臨時(shí)圍堰阻截來(lái)水，待消力井底部積水抽干后，按照設(shè)計(jì)尺寸將管道從消力井內(nèi)部插入進(jìn)水口，至斜拉閘基座底板孔口處進(jìn)行焊接，管道另一端配合豎向彎頭與放水洞內(nèi)管道進(jìn)行對(duì)接，焊接期間注意井內(nèi)通風(fēng)排煙。對(duì)于消力井內(nèi)彎管應(yīng)砌筑鎮(zhèn)墩予以固定保護(hù)，可以采用砌磚墻充當(dāng)鎮(zhèn)墩外模，內(nèi)扎鋼筋分層澆筑混凝土。

圖1 為管道在消力井和放水洞內(nèi)安裝剖面圖。

圖1 管道在消力井和放水洞內(nèi)安裝剖面

4 結(jié) 語(yǔ)

從該項(xiàng)目建成的效益來(lái)看，小型水庫(kù)無(wú)壓放水洞改建有壓管道不會(huì)對(duì)水庫(kù)消力井和放水洞造成結(jié)構(gòu)破壞，不影響水庫(kù)運(yùn)行安全，提升了灌區(qū)水源供水能力，對(duì)緩解農(nóng)業(yè)灌溉與農(nóng)村供水矛盾，合理配置區(qū)域水資源，保障現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展及鄉(xiāng)村振興奠定了良好的基礎(chǔ)，是一種可以參考借鑒的技術(shù)方法。