應(yīng)急供水工程輸水方案可行性分析

趙麗朋

（河南省白沙水庫運行中心，河南禹州 461670）

1 工程總體布置

某應(yīng)急供水工程項目由水庫引水經(jīng)新建引水線路至下游調(diào)節(jié)池。引水干渠隧洞引水口位于某水庫壩址上游約170 m處，出口位于山口村附近山口河下游左岸階地，進(jìn)口采用豎井型式，有壓進(jìn)口，洞身無壓，洞身為城門洞型式，出口設(shè)調(diào)節(jié)池。根據(jù)工程總布置，該應(yīng)急供水管線采用無壓隧洞，全線路長20.50 km，進(jìn)口高程為577.50 m，出口高程為573.44 m。隧洞進(jìn)口設(shè)引水閘。設(shè)計流量為1.15 m3/s。

2 工程選址選線

根據(jù)航測地形圖及現(xiàn)場查勘情況，應(yīng)急供水線路工程進(jìn)口死水位為578 m，出口地面高程為572.70～573.30 m，調(diào)節(jié)池設(shè)計水深4 m，進(jìn)出口落差為4～5 m，經(jīng)過水力計算，完全可以實現(xiàn)重力自流。根據(jù)現(xiàn)場勘察結(jié)果，結(jié)合沿線地形、地貌及地物情況，初步擬定三個線路方案：線路一、二為純隧洞自流方案，出口分別是山口河和漫澗河；線路三為泵站提水+自流方案，經(jīng)過比選，最終推薦線路一方案。

線路一：干渠隧洞引水口位于某水庫壩址上游170 m 處，出口位于山口村附近山口河左岸；進(jìn)口采用豎井型式，有壓進(jìn)口，洞身無壓，洞身為城門洞型式，出口設(shè)調(diào)節(jié)池；隧洞主洞總長20.20 km，底坡為1∶5 000，洞徑2.50 m×3.50 m；施工支洞1位于8+552 樁號處，底坡為1∶10，長度是1.34 km；施工支洞2位于15+509，底坡為1∶13.60，長度是2.06 km。

線路二：西北片區(qū)引水的干渠隧洞引水口同方案一，出口位于某村附近的青龍澗河左岸，進(jìn)口采用豎井型式，有壓進(jìn)口，洞身無壓，洞身為城門洞型式，出口設(shè)調(diào)節(jié)池；隧洞主洞總長20.90 km，底坡為1∶5 000，洞徑2.50 m×3.50 m；施工支洞1 位于：6+735，底坡為1∶11.32，長度是2.25 km；施工支洞2 位于14+385 樁號處底坡為1∶10，長度是1.60 km。

線路三：應(yīng)急供水工程包括1 座提水泵站、5 座調(diào)節(jié)池、15.82 km管道和8.47 km引水隧洞。根據(jù)地形條件工程布置如下：首先通過泵站由庫區(qū)左岸提水，采用壓力管道由南向北提水至張山溝北，管道末端設(shè)1#調(diào)節(jié)池，管道長7.14 km；1#調(diào)節(jié)池向北設(shè)引水洞自流至宮前鎮(zhèn)南，洞長2.06 km，末端設(shè)2#調(diào)節(jié)池，再由2#調(diào)節(jié)池接管道穿過宮前鎮(zhèn)到達(dá)棗園北，管道末端設(shè)3#調(diào)節(jié)池，采用重力流，長2.35 km；3#調(diào)節(jié)池設(shè)引水洞由東南至西北向自流至烏雞嶺，洞長6.40 km，末端設(shè)4#調(diào)節(jié)池；4#調(diào)節(jié)池接管道最終引至山口河水庫下游5#調(diào)節(jié)池，接壓力供水管道，管道采用重力流，長6.33 km。

3 輸水方式

應(yīng)急供水線路工程輸水線路長，取水口與水庫下游調(diào)節(jié)池之間有約7～8 m 天然高差。根據(jù)地形條件、水頭差及輸送水量，輸水方式采用隧洞重力輸水。因隧洞為全封閉結(jié)構(gòu)，即可保證輸水水質(zhì)安全，又減少沿途滲漏損失，同時重力輸水又降低了能耗，減少后期運行費用，有利于降低供水成本。輸水線路選用無壓過水隧洞，洞底坡為1∶5 000，擬在進(jìn)口靠近庫區(qū)200 m 范圍內(nèi)采用0.08 m 厚噴錨支護(hù)加0.50 m 厚C25 鋼筋混凝土襯砌，在巖洞的斷層破碎帶處采用0.26 m厚C25鋼筋混凝土襯砌，在卵石洞范圍內(nèi)采用0.20 m 厚噴錨支護(hù)加0.70 m 厚C25鋼筋混凝土襯砌。

4 主要建筑物

4.1 進(jìn)口及豎井段

4.1.1 進(jìn)口明渠

樁號0-080.44～0+042.44 長38 m 為進(jìn)口明渠段，其中0-046.44～0-042.44 段采用梯形斷面，底寬1.50 m，邊坡坡度1∶0.75，坡高0.50～3.75 m，采用0.40 m 厚C25 混凝土護(hù)砌；0-056.44～0+046.44 段為漸變段，由梯形斷面漸變?yōu)榫匦螖嗝?，底?.50 m，高度由3.75 m 漸變?yōu)?.75 m，漸變段前端采用0.40 m 厚C25混凝土，末端采用C25混凝土擋墻。引渠段底部高程均為577.50 m，558.25 m 高程以上范圍內(nèi)的開挖邊坡均采用噴混凝土保護(hù)，以防止風(fēng)化，局部巖石破碎處可采取錨桿或掛網(wǎng)加固。

4.1.2 進(jìn)水口段

樁號0-046.44～0-042.44 長4 m 為進(jìn)水口段，采用C25 混凝土U形斷面，底寬均為1.50 m，底板和側(cè)墻壁厚度均為1.50 m，側(cè)墻高均為6.50 m，側(cè)墻埋設(shè)攔污柵導(dǎo)軌；0-042.44～0-034.44為喇叭口段，頂部為橢圓曲線，側(cè)墻高度由6 m 漸變?yōu)? m，頂板厚度0.80 m。進(jìn)水口段底部高程均為577.50 m。隧洞從樁號輸0+000處入洞，洞臉設(shè)C25 混凝土鎖口梁及錨桿支護(hù)。

4.1.3 閘前洞身段

樁號0-042.44～0-014.44長28.00 m為閘前洞身段。輸水洞為有壓洞，洞身布置在弱風(fēng)化安山玢巖內(nèi)，洞底高程均為576.70 m。樁號0-042.44～0-014.44 為1.50 m×2.13 m 斷面。該段洞身采用0.80 m厚C30鋼筋混凝土襯砌，洞身臨時支護(hù)采用噴C25混凝土0.12 m 厚加錨桿支護(hù)。為提高洞身周圍巖石的完整性，對洞身周圍3 m 范圍內(nèi)巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿，擬布置灌漿孔間距1.50 m，梅花形布置，灌漿孔深3 m；對洞頂120°范圍內(nèi)巖體進(jìn)行回填灌漿，擬布置灌漿孔間距1.50 m。

4.1.4 豎井閘室段

0-014.44～0+000 長14.40 m 為閘室豎井段，閘底板高程577.50 m，閘室段采用1.50 m×2.13 m 的斷面，內(nèi)設(shè)弧形工作閘門，液壓啟閉機(jī)控制。工作閘門前設(shè)檢修閘門。閘門孔口1.80 m，攔污柵以斜拉式布置在進(jìn)口前，操縱平臺及清污平臺設(shè)在進(jìn)口斜坡603.50 m 高程處，高于正常高調(diào)節(jié)位0.50 m，以便非汛期檢修、清污。豎井內(nèi)僅設(shè)檢修閘門一扇，豎井內(nèi)徑6.11 m，井內(nèi)在高程610.00 m處設(shè)檢修平臺。進(jìn)口水流條件較好，有34.50 m埋在巖體中，對豎井整體穩(wěn)定和井身結(jié)構(gòu)受力都有利。

4.2 出口消力池段

豎井下游為1∶5 陡坡段長7.50 m，凈寬由1.50 m 過渡到3 m，陡坡段洞身凈高由3.50 m 過渡到5.50 m；后接出口消力池段，長18 m，凈寬3 m 下游接引水隧洞，斷面形式為城門洞型。出口消力池段洞身凈高5.90 m，采用C25 混凝土護(hù)砌。

4.3 隧洞段

干渠隧洞采用有壓進(jìn)口，洞身無壓，干渠隧洞主洞總長約20.20 km，底坡為1∶5 000，根據(jù)施工要求最小TBM施工的目前最小開挖洞徑為3.53 m，襯砌后洞徑為3 m，洞身為圓型，卵石洞為城門洞型，洞徑5.33 m×5.20 m；施工支洞位于8+860樁號處，底坡為1∶11.91，洞徑5 m×4.50 m，長度是1.60 km。

4.3.1 隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)工程特點，隧洞確定采用限裂設(shè)計，通過內(nèi)力計算，確定襯砌厚度，按規(guī)范規(guī)定，洞身襯砌結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度取允許值0.30 mm，經(jīng)計算，選用受力配筋為Φ16@200，分布鋼筋為Φ14@200；卵石洞身選用受力配筋為Φ28@125，分布鋼筋為Φ18@125，各工況內(nèi)力及配筋成果合理，洞身結(jié)構(gòu)尺寸滿足要求。經(jīng)過計算確定：引水隧洞巖長為18.80 km，卵石洞長1.23 km，為無壓過水隧洞，洞底坡為1∶5 000，斷面采用圓型，隧洞開挖外徑3.53 m，襯砌后凈直徑3 m，襯砌厚度為0.27 m；卵石洞及檢修支洞，襯砌厚度為0.70 m。隧洞襯砌后進(jìn)行回填灌漿，隧洞按10 m 分縫。

4.3.2 隧洞支護(hù)設(shè)計

隧洞支護(hù)設(shè)計采用噴錨支護(hù)和鋼筋混凝土襯砌聯(lián)合支護(hù)型式，設(shè)計中特別加強(qiáng)了卵石洞、地下水等特殊地質(zhì)條件洞段的一次支護(hù)設(shè)計。鋼筋混凝土襯砌作為永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的二次支護(hù)，同時因一次支護(hù)對圍巖的加固處理作用，二次支護(hù)可適當(dāng)提高圍巖類別或降低圍巖荷載，用結(jié)構(gòu)計算確定襯砌厚度和配筋結(jié)果。0+000～0+25.50為普通人工鉆爆法隧洞，結(jié)構(gòu)為城門洞結(jié)構(gòu)。

4.3.3 防滲設(shè)計

應(yīng)急供水線路工程項目明流輸水隧洞長20.20 km，為長距離輸水隧洞。明流輸水隧洞無外水洞段內(nèi)水外滲會惡化洞周圍巖。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ圍巖及土洞段環(huán)向伸縮縫用651 型橡膠止水帶暗止水，縫內(nèi)填聚乙烯閉孔泡沫塑料板；縱向施工縫可設(shè)651 遇水膨脹防水條。Ⅲ類圍巖洞段10 m 為一個澆注段，10 m 設(shè)一個伸縮縫；Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段及土洞段8 m 設(shè)一個伸縮縫。環(huán)向伸縮縫內(nèi)充填閉孔泡沫塑料板。在巖土洞過渡段巖洞端做固結(jié)灌漿，形成阻水帷幕，土洞段設(shè)環(huán)向止水，防止內(nèi)水外滲惡化洞周土體條件。

4.3.4 排水設(shè)計

供水線路隧洞段大部分為有地下水洞段，穿過分水嶺段隧洞埋深較大，最大埋深達(dá)600 m，地下水位較高，洞頂以上最大水頭達(dá)276 m，且有斷層破碎帶。為減輕作用在永久襯砌上的外水壓力，需對隧洞襯砌設(shè)置排水。對于外水頭高于60 m 的高外水洞段，遵循先堵后排、堵排結(jié)合的原則，采取固結(jié)灌漿堵水，排水孔降壓。排水孔采用小口徑塑料排水盲溝外包無紡布型式。

4.4 調(diào)節(jié)池

在線路末端杠廟村附近設(shè)一座調(diào)調(diào)節(jié)池，容積4 356 m3。

5 結(jié)語

應(yīng)急供水線路工程的建設(shè)將增加城市應(yīng)急供水能力，極大地緩解城區(qū)的應(yīng)急用水狀況，同時極大地提高城市供水的安全性，改善城區(qū)的投資環(huán)境，從而為城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供保障。總之，應(yīng)急備用水源工程是勢在必行，十分必要的。