卧虎山水库放水洞加固方案比选

□赵中华 □苗 骥（新蔡县水利局）

1 工程概述

卧虎山水库位于济南市南部山区的玉符河上游，是一座具有防洪、灌溉和城市供水功能为一体的大型水库，属黄河水系，流域面积557 km2。该库始建于1958年，是济南市惟一一座大型水库，总库容1.04亿m3（安全鉴定结论），兴利库容0.62亿m3，兴利水位为130.50m，水库工程距津浦铁路16.20km，距黄河入口处44.50 km，距济南市区25 km，位置十分重要。该水库是集防洪、灌溉、城市供水、水产养殖于一体的水利枢纽工程，历年来都发挥了巨大的社会效益和经济效益。

放水洞位于水库大坝右岸，1960年建成，全长188.00m，放水洞采用浆砌石城门洞型廊道，廊道宽2.66m，高3.00m，拱圈半径1.33m；内置混凝土管，混凝土管内径为1.50m，混凝土管外径为2.54m。进口底高程108.00m，出口底高程为105.38m。在上游坝肩设有一竖井，内径2.50m，内设1.50m×1.80m平板钢闸门。最大流量为9m3/s。

此次除险加固的主要目的是消除廊道渗漏对坝体安全的威胁，同时保证放水管道具备供水功能。

2 工程中存在的病险情况

一是坝下浆砌石廊道存在多处环向裂缝，外周的坝体土通过廊道砌缝和裂缝被渗透水流带入埋涵内，廊道周围的坝体已经形成空洞，对大坝安全构成潜在威胁，继续发展下去极有可能发生垮坝的恶性事故。二是钢筋混凝土输水管道历经两次加固，损坏现象仍然严重：经检测，混凝土保护层厚度不满足规范要求，内部钢筋锈蚀严重，混凝土强度不满足规范要求；三是输水管道管节接口混凝土套环开裂，混凝土鼓起剥落；钢管段锈蚀严重，锈蚀深度达3.00mm。四是放水洞无检修闸门，金属结构锈蚀、电气设备老化。

3 加固方案的选取

3.1 方案一：高压喷射灌浆廊道加固及更换混凝土输水管为铸铁管方案

该方案采用在坝体外进行高压喷射灌浆，对廊道外周的坝体进行加固和封堵桨砌石埋涵的裂缝等形成的渗漏通道。同时，鉴于现状廊道内断面尺寸为2.66m×3.00m，有一定的空间进行施工作业。整修廊道墙体，封堵廊道裂缝，在廊道内侧墙壁进行全断面凿毛清理，凿除厚度约2 cm，新修5 cm厚水泥砂浆抹面。将损坏严重的混凝土输水管道拆除、更换。考虑到将来埋涵和管道维修方便，缩短安装工期，输水管道选用成型的承插式球墨铸铁管，规格为DN1400mm，壁厚17.10mm，每6m一节。出口管径渐变为DN1000，出口段选用焊接钢管，工作阀门布置在出口段工作阀室内，并配备检修吊，阀门选用电动蝶阀，型号为DTD341X-6，公称直径为DN1000mm，公称压力PN0.60MPa。

在放水洞进口处新修进水塔及启闭机房等建筑物，通过引桥与岸坡相连，放水洞进口设置固定拦污栅。塔架内设事故检修闸门，以满足放水洞检修及出口工作阀门维护更换要求。进口塔架与现浆砌石廊道之间采用新修钢筋混凝土廊道相接。

3.2 方案二：坝体开挖廊道加固及更换混凝土输水管为铸铁管方案

开挖浆砌石廊道外围坝体土，在廊道外侧新修0.40m厚混凝土衬砌，再按照《碾压式土石坝设计规范》的要求重新填筑放水洞周边坝土体。对现廊道内侧墙壁的加固处理、现混凝土输水管道拆除更换、在放水洞进口处新修进水塔及启闭机房等建筑物，结构及布置均同方案一。

3.3 方案三：新建放水洞方案

在右岸山体内新建一条输水隧洞，采用城门洞型，洞宽2.00m，洞高3.00m，顶拱中心角为120°，顶拱半径为1.15m，总长519.00m，全断面混凝土衬砌。在满足闸室稳定、方便运行检修的基础上，选择上游右岸合适的位置新建钢筋混凝土进水塔，上游连接进口引水渠，下游连接干渠。现有放水洞作为施工期导流洞使用，待输水隧洞施工完成后，对上游100.00m范围内砌石廊道进行全断面封堵。

4 加固方案的分析比较

4.1 功能和安全方面

方案一是在坝体外对浆砌石廊道进行高压旋喷灌浆加固，以封堵坝体向埋涵内的渗漏通道，消除威胁大坝渗透稳定的安全隐患，解决放水廊道的渗漏问题，排除险情。但全断面高喷凿孔对坝体土扰动较大，容易出现难以预知的问题。方案二可消除威胁大坝渗透稳定的安全隐患，解决放水廊道的渗漏问题，排除险情。可以彻底解决砌石廊道裂缝、提高廊道抗渗漏能力，效果较好，但开挖坝体挖方、填方量均较大，坝体回填碾压质量要求较高。方案三彻底消除威胁大坝渗透稳定的安全隐患，排除险情。

4.2 施工设计方面

4.2.1 方案一

主体建筑物洞内外施工内容、工序、工期为：混凝土涵管和镇墩拆除1个月；2座闸阀拆除0.50个月；洞内壁浆砌石勾缝处理1个月；镇墩浇筑、钢管及闸阀安装1个月；进出口塔架闸房施工1.50个月；上游坡涵洞顶部灌浆不占直线工期等，冬季考虑洞内工程施工，不中断施工。以上共计施工总工期约需5个月。选择枯水期10年一遇设计洪水标准。卧虎山水库目前仅有放水涵洞和溢洪道两个泄水建筑物。根据施工进度安排，现有放水涵洞改建考虑利用枯水期进行，期间洞口修建围堰挡水，水库低位唯一的泄水通道被堵死，施工最初期可利用自身的库容进行调蓄，水位上涨到一定高度后，只有依靠溢洪道泄流。因此，该方案的导流方式则为围堰挡水、溢洪道泄流。

经计算，该水库一个枯水期来流量>2500万m3，相应库水位为122.50m，比溢洪道进口堰顶高程121.00m高出1.50m。因此，在10年一遇标准洪水下，施工期间溢洪道必然要过流。这样一来，围堰高度则很大，填筑量必然很多。根据放水洞上游地形地质特点，围堰采用土石围堰，由工程开挖的土石渣料“进占法”填筑而成，堰基采用高压旋喷墙防渗。经布置，围堰长度达183m。堰顶高程122.50m，最大高度14.50m。

4.2.2 方案二

主体建筑物洞内外施工内容、工序、工期为：坝体开挖1个月、涵洞外壁混凝土浇筑1个月；洞内混凝土涵管拆除、管下混凝土墩拆除1个月；2座闸阀拆除0.50个月；洞内壁浆砌石勾缝处理1个月；镇墩浇筑、钢管及闸阀安装1个月；进出口塔架闸房施工1.50个月；坝体1.50个月等，冬季考虑洞内工程施工，不中断施工。以上共计施工总工期约需8.50个月。该方案施工导流方式、建筑物型式、规模等基本类似于方案一，只是在围堰平面布置上稍作调整。

4.2.3 方案三

该方案施工程序为：出口开挖及支护—洞身开挖—洞身衬砌。出口开挖及支护需要1个月，然后从出口单工作面进行洞身开挖，开挖需要7个月，洞身完成后，从进口段向出口段进行全断面衬砌，需要7个月。进口部分塔架施工于第一年讯后开始，土石开挖2个月。冬季过后，开始浇筑混凝土及安装闸门及启闭机，第二年汛前完工，具备下闸挡水条件。塔架部分施工总工期6个月，不占直线工期。该方案完成全部新建放水洞工程的总工期为15个月。本方案导流标准选用10年一遇洪水。该方案施工导流条件较好，施工期间可以利用清淤后的原放水涵洞和溢洪道过流，施工导流方式简单。导流建筑物仅为新建放水涵洞进口前的施工临时围堰。为保证泄水通畅，加大输水能力，应对原放水涵洞洞前和洞内清淤。

根据新放水涵洞竖井前地形条件和水工建筑物特点，为了减少围堰填筑量，先利用预留引渠部分区段构筑临时围堰挡水，完成放水涵洞前竖井部分工程；再利用枯水期将临时围堰拆除，同时挖除引渠预留部分，完成进口引渠工程。围堰为半填半挖断面形式，下部为岩基，稳定性好，堰基采用帷幕灌浆防渗，堰体采用浆砌石挡墙防渗；上部采用工程开挖土石混合渣料堆筑而成。围堰堰顶高程122.50m，最大高度10.00m。

4.3 工程投资方面

3种方案主体工程投资及临时工程投资比较见表1。

表1 三种方案工程投资表

5 加固方案的选定

通过工程布置、施工工期、施工导流、工程投资及工程的安全性等多方面的技术经济比较，方案三既能够从根本上解决放水洞廊道的渗漏问题，消除大坝渗透稳定的安全隐患，施工导流风险最小，从长远来说更方便运行管理。因此本次加固推荐方案三即新建放水洞方案为设计方案。