浙江省引調水工程特點與技術創(chuàng)新

張永進，賴 勇，何 偉，胡 勇，謝宇琦

（浙江省水利水電勘測設計院有限責任公司，浙江 杭州 310002）

1 問題的提出

浙江省是我國經濟發(fā)達省份，跨入新世紀以來，為解決水資源分布不均的問題，大力發(fā)展省內引水工程的建設，先后完成趙山渡引水工程、橫錦水庫引水工程、湯浦水庫引水工程，老虎潭水庫引水工程、寧波白溪水庫引水工程、舟山大陸引水一期及二期工程、楠溪江供水工程、浙東引水蕭山樞紐工程等一大批浙江省內乃至國內著名的引調水工程勘測設計。橫錦水庫引水工程每年可向義烏供水5 000萬m3，是全國首例跨地區(qū)水權交易工程[1]，為世界小商品市場義烏市中長期發(fā)展提供強勁的水資源支撐。舟山大陸引水工程共分三期實施，跨海管道[2]是迄今世界最長、最大的跨海管道輸水工程。

近幾年，浙江省在“五水共治”保供水的大背景下，又接連開工建設了杭州市第二水源千島湖配水工程[3]、寧波市水庫群聯(lián)網聯(lián)調（西線）工程[4]、嘉興市域外配水工程（杭州方向）[5]、舟山大陸引水三期工程、麗水市灘坑引水工程、溫州市甌江引水工程等一大批省內有著重大影響力的引調水工程，既有典型的山區(qū)隧洞、平原管道、跨海管道等工程，工程類型廣泛，又涉及鉆爆法、盾構、TBM、頂管、埋管、淺埋暗挖等施工方法，施工手段豐富，在精細化方面位于國內引調水工程[6-9]設計前列，新技術應用包括：

（1）杭州市第二水源千島湖配水工程中采用的井庫流量補償配水、環(huán)保型電站調流調壓、施工支洞改建斜井調壓等技術；

（2）嘉興市域外配水工程（杭州方向）中應用的盾構隧洞內部敷設鋼管技術；

（3）溫州市甌江引水工程中采用的調蓄調壓地下洞庫、輸水隧洞“一洞雙倉”輸水技術；

（4）在引調水工程管理中已普遍應用的信息化技術。其中千島湖配水工程已將全線節(jié)點全部用BIM建模，實現24 h監(jiān)控、遠程操控，數據可實時反饋等功能，在引調水工程數字孿生上邁出了堅實的一步。

2 浙江省引調水工程概況及技術特點

浙江省近年來建設的引調水工程基本情況見表1。各工程主要建筑物布置及結構特征如下。

表1 浙江省近年來建設的引調水工程基本情況一覽表

2.1 杭州市第二水源千島湖配水工程

工程從千島湖引水至杭州閑林水庫，線路布置見圖1。主要建筑物包括千島湖進水口、輸水隧洞（含埋管、事故檢修閘、事故檢修閥、調壓井等）、分水口、閑林出口流量控制及調壓設施、閑林水庫取水口等。

圖1 千島湖配水工程平面圖

該工程為山區(qū)隧洞典型工程，輸水系統(tǒng)末端首創(chuàng)運用井庫流量補償配水[10]、環(huán)保型電站調流調壓[11]等技術，提高系統(tǒng)安全保障；輸水隧洞襯砌采用誘導縫[12-13]，破解了C30混凝土分縫長度過大易出現環(huán)向裂縫、分縫長度過小又影響施工進度的難題；施工支洞被大量保留改建綜合利用[14]，11個施工支洞群兼做運行期調壓斜井及檢修期交通洞[15]，施工支洞被改建為檢修閥交通洞、流量計交通洞各2個。工程中還應用了自浮式攔污漂[16]、井塔分離式進水口[17]、單向排水減壓閥等技術[18]。

2.2 寧波市水庫群聯(lián)網聯(lián)調（西線）工程

工程位于寧波市奉化和鄞州西部山區(qū)，主要由欽寸水庫亭下—寧波引水工程、溪下水庫引水工程、皎口水庫—溪下水庫連通工程、東西線（嶺腳至蕭鎮(zhèn)段）連通工程4部分組成，一期工程不含皎口水庫—溪下水庫連通工程。

該工程是多水源聯(lián)調典型工程，通過多水庫聯(lián)調運行，項目水資源利用效益可觀，每年可增加水庫優(yōu)質水資源供給量約3 500萬m3，相當于不占一寸土地，為寧波市新建了1座中型水庫。

2.3 嘉興市域外配水工程（杭州方向）

工程取水口為閑林配水井，通過隧洞、管道、泵站輸送千島湖原水，杭州段重力自流，嘉興段通過泵站加壓供水，線路布置見圖2。

圖2 嘉興市域外配水工程（杭州方向）平面圖

該工程位于經濟高度發(fā)達的杭嘉湖平原，杭州段主要沿繞城高速在城區(qū)布置，施工影響和結構安全要求高，工程沿線穿越大量的鐵路、公路、航道、天然氣、給排水、規(guī)劃限制區(qū)等專項設施，穿越的控制要求高。工程主要沿高速公路綠化帶布置，管線型式包括盾構隧洞、埋管、頂管、定向鉆、倒虹吸管、管橋等。創(chuàng)新技術包括：①盾構隧洞內部敷設鋼管技術[19]，在減少穿越影響的同時，盾構內鋼管外空間還提供綜合管廊的綜合空間。②采用多排、多層頂管及大口徑鋼制拖拉管道施工技術，解決建筑密集區(qū)的管道埋設難題。③采用溢流式雙向補壓塔結構[20]，解決重力流與泵站加壓流頻繁切換調度中的水力過渡過程問題。

2.4 舟山大陸引水三期工程

工程地跨寧波市、舟山本島2地，橫穿寧波與舟山之間的灰鱉洋，以及舟山群島之間的岱衢洋、崎頭洋等海域。取水口位于寧波市郊李溪渡村附近的姚江河道，輸水管線途經寧波內陸、灰鱉洋海域后至舟山本島黃金灣調節(jié)水庫，再輸配水至本島主要水廠及周邊主要島嶼，工程布置見圖3。

圖3 舟山大陸引水三期工程平面圖

該工程是跨海輸水管道典型工程，管道總長約168.5 km、直徑1.2 m，是迄今世界最長、最大的跨海管道輸水工程。

2.5 麗水市灘坑引水工程

自灘坑水庫引水至胡村水庫，主要建筑物包括灘坑水庫進水口、輸水隧洞（含埋管、分水口等）、胡村調流加壓泵站。進水口設置在下塘村附近，引水隧洞自進水口向北，經底坑、滿頭壘、沙坑、大丘至上垟接埋管并預留分水口，向北經過金村、烏陰坑并設預留分水口，出口接胡村調流加壓泵站。輸水線路總長32.04 km，城門洞型隧洞，開挖洞徑3.5 m×3.5 m（寬×高）。

該工程也是典型山區(qū)隧洞，總長約32 km的輸水線路除長度250 m的上垟埋管外均為隧洞。工程有取低溫水的要求，進水口底高程111.00 m，根據實測資料，該高程水溫約12.6 ℃。水庫正常蓄水位160.0 m，由于灘坑水庫是大型水庫，不會因為引水工程進水口施工而降低水位。根據近年來運行情況，水庫低水位在155.0 m左右，預計爆破時進水口水深約44.0 m，故進水口需采用深水巖塞爆破。

2.6 溫州市甌江引水工程

工程自甌江引水至溫州城區(qū)，線路布置見圖4。主要建筑物包括渡船頭取水樞紐、甌江翻水站取水樞紐、渡船頭—豐臺輸水建筑物（含輸水隧洞、埋管、頂管、調壓井、控制閥、南村加壓泵站、澤雅調流站等）及分水口。

圖4 溫州市甌江引水工程平面圖

該工程是浙江省內長距離輸水施工手段最齊全的工程，包括鉆爆法隧洞、水磨鉆隧洞、盾構隧洞、TBM隧洞、頂管、埋管、豎井、深基坑等。工程主要創(chuàng)新點：①雙取水口取水：新建渡船頭取水口，候甌江清水、候青田水利樞紐發(fā)電取水，承擔灌溉、河道水網補水任務，最大引水流量50 m3/s；利用已建翻水站取水口，承擔溫州市城鎮(zhèn)供水備用水源任務，最大引水流量15 m3/s；②首部設置調壓調蓄地下洞庫既滿足感潮河道候潮取水、蓄清沖淤，改善泵后水力過渡條件[21-22]的要求，又避免泵后設置高位調節(jié)池征地難的政策處理問題。③線路中部“一洞雙倉”輸水，通過沿壓力輸水隧洞內部內置鋼管[23]，解決了優(yōu)質水與河道水聯(lián)合輸送，通道難以布置的問題；④壓力輸水滿足多目標供水要求：渡垟隧洞下游線路采用有壓輸水，滿足沿線15個分水口靈活調度要求。

3 新技術發(fā)展與創(chuàng)新

近年來浙江省引調水工程技術創(chuàng)新較多，內容涵蓋長距離引水系統(tǒng)工程系統(tǒng)布置、系統(tǒng)調流調壓調蓄、結構安全、施工安全、分質輸水、智慧管理等方面，部分特色創(chuàng)新技術如下。

3.1 井庫流量補償配水技術

千島湖配水工程采用的井庫流量補償配水系統(tǒng)[24]是對傳統(tǒng)的多水源串聯(lián)、并聯(lián)配水模式的重大創(chuàng)新，可發(fā)揮上下游水庫效益最大化的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的將上游水庫水引入下游水庫，再從下游水庫取水向城市供水的串聯(lián)模式相比，這一配水系統(tǒng)的配水方式具有以下明顯優(yōu)勢：一是配水井可直接向下游輸水，形成井內水位低于閑林水庫水位的運行模式，發(fā)揮上游輸水隧洞輸水潛能，又能維持閑林水庫正常水位運行，實現2個工程效益的最大化；二是通過配水井與閑林水庫連通閘的啟閉組合，可實現單水源向下游供水、雙水源向下游供水、千島湖同時向下游供水及向閑林水庫補水等運行模式，運行靈活。圖5為系統(tǒng)布置概化圖。

圖5 井庫流量補償系統(tǒng)布置概化圖

3.2 環(huán)保型電站調流調壓技術

引調水工程流量通常比較穩(wěn)定，在地形高差交叉，輸水系統(tǒng)水頭富余較大時，以環(huán)保型能源回收電站作為調流調壓設施[11]不僅可提高調流調壓設施的耐久性，而且可以獲取發(fā)電副效益，千島湖配水工程中采用環(huán)保型發(fā)電機組與流量調節(jié)閥、控制閘綜合調流調壓，實現調流設施多層次互備互補的功能。環(huán)保型機組設計要點為選用臥式混流水輪發(fā)電機組，使機組油潤滑系統(tǒng)、油壓系統(tǒng)不與水體接觸；機組的軸承冷卻供水采用循環(huán)水系統(tǒng)，確保軸承冷卻水不進入電站尾水；發(fā)電機采用空-水冷卻方式，冷卻水管網獨立密閉；系統(tǒng)設計優(yōu)化后的機組可以嚴格保障原水水質。

3.3 施工支洞改建調壓斜井技術

施工支洞是工程建設期實現長距離隧洞“長洞短打”的臨時工程，一般在工程完建時封堵，結合地形條件，將施工支洞保留改建為調壓斜井，水平截面大，較豎井調壓效果好，消除長距離輸水隧洞水力過渡過程中的水錘影響效果明顯。隧洞放空檢修期車輛還可直接駛入，提高檢修效率的優(yōu)點。改建調壓斜井的施工支洞設計除滿足施工支洞在施工期本身的出渣運輸及通風、排水要求外，還必須同時滿足運行期的應用功能要求[14]，具體包括：

（1）支洞縱坡不宜過陡。考慮運行期放空檢修后的交通通道縱坡要求，施工支洞的局部坡比不宜陡于9%，間隔不超過150 m需設置一定的平坡段，洞底防滑設計。

（2）支洞洞口高程既要高于洞口外的設計洪水位要求，防止洞口外存在水系時，山洪進入輸水隧洞，又要高于洞內可能達到的最高水位，避免調壓時溢流。另外，洞口段圍巖透水性較大時，還需注意洞口段襯砌防滲設計，減少內水外滲。

（3）改建為調壓井的施工支洞與輸水隧洞水體直接連通，工程等級、結構設計宜參照輸水隧洞的襯砌標準。

3.4 盾構隧洞內部敷設鋼管技術

經濟高度發(fā)達的平原管網密集，埋管明挖施工限制條件大，租用已有的地鐵盾構設備采用暗挖施工，盾構隧洞內部敷設鋼管[19]，不僅避免平原管網管道施工的政策處理難題，而且盾構隧洞內空間利用率高，運行維護方便，施工安裝快捷，隧洞中剩余空間可實現綜合管廊功能，典型結構布置見圖6。

圖6 盾構隧洞內部敷設鋼管結構斷面圖 單位：cm

3.5 地下洞庫調蓄調壓技術

調壓井或調蓄水庫不可避免需占用較大土地。在溫州市甌江引水工程中，利用下游輸水隧洞，首部1.2 km洞段擴大洞徑兼做狹長的無壓洞型地下洞庫，既可調壓調蓄、候潮取水、候發(fā)電取水，又可促進泥沙沉淀，減少下游輸水隧洞的淤積。地下洞庫布置由無壓洞、進水管、洞口混凝土堵頭、集沙坑、排淤管、通氣孔等組成。這一技術方案還可減少建設征地，洞徑擴挖多出的石方主要為新鮮巖石，可用于軋制混凝土骨料，不會造成棄渣增加，對于經濟和社會效益也有顯著提升。

3.6 “一洞雙倉”輸水技術

多水源多目標輸水時，為實現“分質引水、優(yōu)水優(yōu)用”，常設置多套管道系統(tǒng)分別輸送，即供水水源與河道環(huán)境用水都通過獨立的輸水管線進行輸水，在受水區(qū)域相同、輸水線路相近時，多條輸水管線面臨搶占線路、重復交叉的困境，特別是引水流量較小時，為保證引水水質而單設1套管道系統(tǒng)也非常不經濟。溫州市甌江引水工程考慮澤雅水庫乃至今后小溪引水優(yōu)質水源的輸送問題，采用洞內內置鋼管的“一洞雙倉”輸水技術[23]，這一技術的關鍵點在于解決深埋隧洞內置鋼管的流量控制、排水、排氣以及檢修問題。

3.7 信息化技術應用

浙江省引調水工程綜合管理智慧平臺基本已實現無人值守、系統(tǒng)整合、保障工程安全、輔助決策的功能，個別項目如千島湖配水工程已將全線節(jié)點采用BIM建模，實現24 h監(jiān)控、遠程操控、數據可實時反饋系統(tǒng)等功能，在引調水工程數字孿生上邁出了堅實的一步。引調水工程總體建設內容應包括物聯(lián)感知體系建設、網信基礎建設、實體環(huán)境建設、軟件平臺建設等。物聯(lián)感知體系建設包含工程安全監(jiān)測、水雨情監(jiān)測、水質監(jiān)測、管道流量監(jiān)測、管道安全監(jiān)測、設備狀態(tài)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測以及安全防范體系等內容。

4 結 語

本文對近年來浙江省建設的引調水工程特點及創(chuàng)新點進行分析，介紹工程中成功應用的創(chuàng)新技術，可供同類引調水工程設計借鑒，主要結論如下：

（1）井庫流量補償配水技術可以很好地實現引水工程與末端調蓄水庫間的多模式運行，更好地發(fā)揮上游長距離引水工程的引水潛力，同時保持末端調蓄水庫的庫容。

（2）在保障長距離輸水系統(tǒng)水錘防護安全的基礎上，采用環(huán)保型水輪機組作為輸水系統(tǒng)流量調節(jié)設施，并回收富余能量。

（3）利用施工支洞改建為長距離輸水隧洞的調壓斜井及檢修交通洞，可滿足長隧洞水錘防護和維修交通便利的要求。

（4）盾構隧洞內部敷設鋼管、地下洞庫調蓄調壓、“一洞雙倉”輸水等技術，既可降低工程政策處理難度，又可充分發(fā)揮管線結構的綜合功能。

（5）信息化技術的應用已是引調水工程的標準配置，對于工程建設管理、工程運行安全、工程調度決策具有不可替代的作用，實現數字孿生是未來發(fā)展趨勢。