输水隧洞充水试验过程及效果浅析

姜润文

（辽宁省水利厅，辽宁 沈阳 110003）

输水隧洞充水试验过程及效果浅析

姜润文

（辽宁省水利厅，辽宁 沈阳 110003）

针对采用压力流输水的隧洞进行了充水试验，在分段分级控制内水压力的条件下进行了闭水试验，并对相关数据进行了整理和分析。

输水隧洞；充水；试验；效果

1 概 述

某输水隧洞工程采用压力流输水方式，从水库边的取水头部到出口，总长为29.1km。其中含两个过河钢管连接段（位于上游的连接段中有一个配水站），将隧洞间隔为3段总长为25.498 km，圆形断面，成洞洞径为6m。

取水头部进水口采用分层取水方式，共分三层，工作闸门均为潜孔式平面定轮钢闸门，隧洞进口设置一孔6 m×6 m快速闸门。隧洞衬砌采用0.4m厚C25W12F150普通钢筋混凝土及0.5m 厚C40W12F150后张法无粘结预应力钢筋混凝土，分缝长度为12m；过河段采用的是钢管外包钢筋混凝土结构。

2 充水过程控制原则

（1）小流量充水。采用较小的流量对即将投入运行的水工隧洞充水是一项重要原则和主要手段，它不仅可以避免水锤，也是减小排、进气设施规模的重要条件之一。并做到自上而下、逐段、小流量充水，满流条件下控制流速为0.3m/s。

（2）压力和流量指标。某一段隧洞充水过程中，应以压力和流量两个指标控制。在向下一段隧洞充水前，上一段隧洞水压线标高应高于洞顶2m。

3 充水前的各项准备工作

3.1 检查沿线设施、设备

充水前要确保隧洞内部及沿线设施、设备已全部通过检查和验收，并确保各种辅助设施、监控量测仪表及通讯设备等均处于完好状态。保证拦污栅、工作闸门、快速闸门、管道阀门及备用电源等开关状态符合充水方案要求。

3.2 选择工作闸门运行方式

当进水口水位在126m以上时，启用上层闸门充水；水位在118～12m时，启用中层闸门充水；水位在108～118m时，启用下层闸门充水。

3.3 计算前池充水量

利用分层工作闸门将隧洞进水前池（面积为622m2）充满到充水方案中计算成果提出的充水量，再通过调整快速闸门开度向隧洞内充水。

4 隧洞段充水方法

4.1 充水区段划分

为满足输水隧洞工程系统调流调压要求，在配水站内干线管道上设置了4套活塞式调流阀，结合调流阀具有的调流、调压、抗气蚀和抗振动性能，冲洗过程分为取水头部～配水站、配水站～隧洞出口两段。

实际操作过程中，为满足隧洞段利用明流冲洗底板和借用隧洞出口稳压塔泄流的分段冲洗需要，以及取水口工作门和快速门联合控流试验的成功，为同时量测隧洞混凝土衬砌后的渗水量，最终充水时是将整个隧洞段一次充水，分段分级进行了闭水试验。

4.2 充水方法

（1）充水特征参数。

按上述充水原则计算出隧洞充水特征参数详见表1。

表1 隧洞充水特征参数表

（2）工作门和快速门收缩系数率定。

第一段利用工作门和快速闸门联合控制开度充水，均为闸孔出流。采用的计算公式为，μ为闸门流量系数，ω为闸孔过流面积（m2），，计算控制流量的精度主要取决于μ的取值。

在利用明流对底板混凝土冲洗过程中，根据隧洞前池的水位容积关系、放空时间、工作门和快速门开度、水头差等率定了工作门和快速门的μ值。在率定工作门μ值时，是利用快速门放空前池余水，再将快速门全关后，利用进水口水位将工作门开启一定高度，向前池边充水边率定。在率定快速门μ值时，是将工作门全关后，将快速门开启一定高度，用明流向隧洞内充水，率定成果详见表2、3。

表2 工作门放水特征参数统计计算表

表3 快速门放水特征参数统计计算表

根据以上统计计算成果，则：

（3）工作门和快速门联合调控充水。

快速门底板高程为96.5m，顶高程为102.5m，为避免充水过程中快速门前形成涡流和掺气现象，需将前池水位控制在105m左右。因为充水流量、工作门及快速门µ值、充水水位H进水、工作门及快速门底高程等参数已知，则可计算出工作门和快速门开度，进行控流充水。通过现场调试，工作门和快速闸门按照10mm/min（约0.17mm/s）的速度均匀开启至控制开度。

5 隧洞段充水调试成果及分析

2010年9月17日至18日，利用上述的控制方法进行了充水调试，实测充水至105m水位时间为26.15h，比理论计算时间提前0.78h，这是由于理论计算简化为满流，未考虑水力坡度、明流流速等因素。

鉴于有关规范、规程未制定压力隧洞的试压标准、方法，同时由于隧洞洞径大、需充水水量大，加上水源条件的限制和代价高昂，极难利用一般的水源对隧洞段单独进行静水压试验。该工程利用上游水库作为水源进行分段充水，并抓住当时水库水位较常年高的有利时机，借鉴和参照了《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）的有关规定，对隧洞段进行了分级闭水试验，实测了压力降值、渗水量值，对其输水的功能特性进行了初步分析。

5.1 闭水试验结果

（1）105m试验水头。

当充水水位至105m左右时，相应隧洞出口内水压力为0.30MPa，采用关闭工作门，全开快速门方式，利用前池水位和容积变化情况推算压力降和渗水量。观测15min内前池水位下降0.03m。观测闭水120min内，前池水位下降0.28m，则实测渗水量为：

（2）110m试验水头。

调整为0.10m，升压至110m水位时关闭工作门，相应隧洞出口内水压力为0.35MPa。观测15min内前池水位下降0.08m。观测闭水120min内，前池水位下降0.39m，则实测渗水量为：

（3）115m试验水头。

当110m水位闭水试验完成后，将工作门开度调整为0.10m，升至115m水位时关闭工作门，相应隧洞出口内水压力为0.40MPa。观测15min内前池水位下降0.10m。观测闭水200min，前池水位下降0.76m，则实测渗水量为：

（4）131m试验水头。

考虑需利用配水站旁通蝶阀和调流阀为隧洞出口至下一区段的配水站间充水，为避免充水时发生振动、气蚀等危险现象，要求配水站调流阀后水头控制在115m。

鉴于115m试验水头时，第一段隧洞的内水压力为0.25MPa（长度为6464 m），同时考虑到隧洞以下管线充水的要求，采取关闭配水站直通蝶阀、全开工作闸门的方式，对隧洞第一段继续升至水库水位131m，相应隧洞内水压力上升为0.41MPa，然后关闭工作闸门。观测15min内前池水位下降0.015m。观测闭水120min，前池水位下降0.05m，则第一段隧洞实测渗水量为：

5.2 闭水试验成果分析

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）管道功能性试验要求，参考第9.2.10条现浇钢筋混凝土管渠标准，要求当15min后压力降不超过3m水头，实测渗水量小于或等于按下列公式计算的允许渗水量：

参照此标准，上述隧洞段各分级升压闭水试验后的实测值均满足允许压力降和允许渗水量要求。按规范规定，隧洞充满水后，至少应浸泡72h，由于连续充水试压的需要，该试验省略了此项工作，故测试成果包含了混凝土的吸水量，试验值应比实际渗水量偏大。这里需要说明的是压力隧洞属地下工程，施工环境、施工条件等较一般现浇钢筋混凝土管渠所处环境恶劣，按允许压力降和允许渗水量两个指标进行考核时应适当放宽。

6 结 语

该段输水隧洞工程采用压力流输水方式，设计内水压力为0.5MPa,从隧洞进口至配水站长度为6.46km，配水站至隧洞出口长度为22.64km。自2010年9月17日起从上游开始进行全线充水试验，至11月14日正式通水运行，以配水站为界，运行中上、下游最大内水压力分别达到0.33 MPa,0.24 MPa，截至目前，隧洞工程已累计安全运行1330天，向下游六城市供水7.6亿m3，发挥了较大的社会效益和经济效益。

3年多来，运行管理过程中所取得的各项监测技术参数显示输水系统运行正常，也充分证明了充水调试试验是成功的，可供类似输水隧洞工程参考。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.06.015

TV672+.2

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1008-1305（2014）06-0047-03

姜润文（1967年-），男 ，高级工程师。