里睦水库引水隧洞除险整治方案研究

□田艳艳 □郝鸿忠（江西省赣西土木工程勘测设计院）

1 里睦水库基本情况简介

里睦水库位于宜春市袁州区新坊乡里睦村，属赣江水系袁河支流新坊水，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖等综合效益的中型水库。水库坝址以上控制流域面积22.50 km2。水库总库容1812万m3，设计灌溉面积1333 hm2，枢纽工程等别为Ⅲ等，主要永久性建筑物为3级，次要建筑物为4级。枢纽工程主要建筑物有大坝、溢洪道、输水建筑物等。

水库地理位置重要，下游有新坊乡、下浦街道办、渥江乡及宜春市城区部分范围，约1667 hm2耕地、5万余人，以及浙赣铁路和清萍公路等重要交通设施。

2 输水建筑物目前存在的主要问题及安全鉴定结论

里睦水库现状输水建筑物为坝下涵管。该涵管于1976年10月底开始施工，1977年2月施工完毕。坝下涵管斜穿大坝，全长185.70m，进口位于大坝右端，底高程为155.05m，设有拦污栅、事故检修闸门及其启闭设备，出口位于大坝左侧，底高程为153.92m，管身为钢筋混凝土圆管，内径1.20m，壁厚0.50m，出口接引水钢管入发电厂房。

输水建筑物主要存在问题：一是启闭框架剥蚀、混凝土露筋现象严重，经检测，启闭框架标号为C9.6，不满足规范要求。二是经进管检查发现，涵管管内存在大量蜂窝麻面，部分钢筋外露、锈蚀，进、出口段管身存在12条裂缝，且检测涵管管身混凝土标号仅为C13.8，经复核，涵管管身结构强度满足规范要求，但不满足抗裂要求。三是涵管出口镇墩有一条纵向裂缝，贯通到镇墩底部，存在安全隐患。四是涵管进水口螺杆启闭机机座锈损，螺杆变形严重，操作失灵；闸门、埋件锈蚀，漏水严重；出口蝶阀锈损，操作失灵，漏水严重。

3 里睦水库引水隧洞除险整治方案研究

依据大坝两岸地形、地质条件，现状施工技术水平，拟采用在坝岸新建隧洞并封堵原涵管的方案。依据大坝两岸及隧洞沿线地形、地质条件，现状施工技术水平，初拟两个方案进行比较。方案一：在大坝左岸新建隧洞并封堵原涵管。方案二：在大坝右岸新建隧洞并封堵原涵管。

从工程地质条件看，左、右岸隧洞进口段围岩均为Ⅴ级，进口条件相似，左岸进口段围岩为全风化花岗岩（风化物为砂质粘土），右岸为强风化片岩，呈散体结构；左、右岸隧洞中部围岩级别为Ⅵ～Ⅴ级，但左岸存在花岗岩与片岩接触带，岩体破碎，稳定条件极差，两种方案均需要全段支撑、衬砌；左、右岸隧洞出口条件相同。左岸隧洞全长255m，右岸隧洞全长258m。左岸引水钢管长26m，右岸引水钢管长43m。根据工程量比较结果，右岸隧洞方案投资较左岸隧洞方案节省7.78万元。因此，推荐新建右岸隧洞方案。新建隧洞工程包括隧洞开挖、进口竖井、隧洞洞身衬砌、灌溉发电引水钢管、原坝下输水涵管进出口封堵和管内回填灌浆处理等。

新建隧洞进口位于主坝右岸坝轴线上游约120m处，出口位于右岸坝轴线下游约105m处，下接43m长引水钢管。引水系统全长301m，其中桩号0+000～0+175m为洞挖段，桩号0+175～0+258m为埋管段，桩号0＋258～301m为钢管段。

隧洞进口采用竖井式进水口，C25钢筋混凝土结构，底板高程为155.00m，闸墩顶高程159.50m，闸室上部为竖井，竖井顶部与工作桥相通，桩号0-009.25～0+000段为隧洞单向收缩喇叭进口段，闸室段长9.25m，宽3.60m，其内设有拦污栅槽及事故检修闸门，闸门槽孔口尺寸为1.80m×1.80m。隧洞内径为1.80m。隧洞进出口洞脸采用喷锚支护。隧洞出口压力钢管处设一进人检修孔及工作闸阀。

为了使衬砌和岩石紧密接合，使岩石承受一部分内水压力，并保证岩石压力均匀传递于衬砌上，隧洞要进行回填灌浆，回填灌浆一序孔布置在顶拱90度中心角的两侧，二序孔布置在顶拱，排距2m。为了加固岩石，减小岩石压力，提高岩石的弹性抗力，减小外水压力，对隧洞桩号0+000～0+175m进行固结灌浆，固结灌浆每排设置6孔，排距4m，孔深等于洞径净宽，为1.80m。

设计对隧洞全断面进行钢衬处理：现有输水涵管全线均采用C15混凝土封堵。其出口16m长管段挖除，采用透水性好的材料回填，并与下游坡坝脚衔接，以利大坝美观。

4 里睦水库引水隧洞除险整治方案相关计算

4.1 设计计算

4.1.1 隧洞过流量计算

对隧洞过流进行计算，计算结果见表1。

表1 隧洞过流量计算结果表

4.1.2 电站调保计算

为了确保隧洞运行的可靠性，首先判断电站输水管路是否需要设调压室来减小水击压力。判别公式如下：

式中：L—各段压力水管的总长度，L=301m；V—各段压力水道内的平均流速（m/s），V＝1.38m/s，（正常高水位177.05m情况下，此时发电流量为2.97m3/s）；H—水电站最小静水头（m），H=25.05。

符合上述不等式时，通常要设调压室。经计算，∑Lv=356 m＜18H=451m，所以不需要设调压室。

4.2 结构计算

4.2.1 隧洞衬砌计算

根据隧洞沿线地质条件，内水压力分布不同，对隧洞衬砌计算分3段进行。

计算原理：隧洞结构衬砌计算采用《水工隧洞设计规范SL279-2002》，配筋计算按照《水工钢筋混凝土设计规范SL/T191-96》中的公式计算偏心受压和偏心受拉构件，计算中不受最小配筋率限制，实际采用时可按照最小配筋率或少筋混凝土计算。

计算方法：隧洞结构计算采用电算，算出变位和内力，按偏心受压和偏心受拉构件进行配筋计算。

4.2.2 荷载组合及原则

在外水压力对衬砌不利时，按100%作用于衬砌上考虑，对衬砌有利时，将外水压力乘以折减系数。灌浆压力与外水压力不叠加，取大值作用于衬砌体上。考虑围岩抗力时，不计侧向山岩压力，计入垂直山岩压力时，不计入侧向山岩压力。

4.2.3 计算结果

经计算得各截面能满足结构要求。

4.2.4 引水钢管管壁厚度计算

钢管承受内压时，计算得主管内衬钢管管壁厚为1.68mm，支管内衬钢管管壁厚为1.35mm。考虑钢管运行中的锈蚀和磨损及构造要求等，取主管内衬钢管管壁厚为12mm，取支管内衬钢管管壁厚为8mm。

4.3 引水隧洞进口事故检修闸门及启闭设备

4.3.1 基本设计资料介绍

闸门采用潜孔式，孔口尺寸(宽×高)为1.80m×1.80m，采用1个孔口，1扇闸门，校核洪水位为179.51m，设计洪水位为178.59m，正常蓄水位为177.05m，底板高程为155.05m。

4.3.2 概述

为满足水轮机组及洞身检修的需要，在隧洞进口处设置事故检修闸门。闸门采用金属热喷锌防腐措施，喷锌前应进行喷砂除锈，闸门除锈等级为Sa2 1/2级，埋件除锈等级为Sa2级；所用锌丝应光洁、无锈、无油、无折痕。喷涂层最小局部厚度为160μm；喷锌后封闭涂料采用环氧沥青防锈漆（厚120μm），封闭后直接使用各色环氧面漆（厚100μm），且满足规范“DL/T 5358-2006”规定。

4.3.3 闸门重量及启闭力计算

闸门重量及启闭力计算根据以下公式估算得：

式中:P—总水压力，G—闸门自重；Ws—水柱压力，按10T设计。

计算得设计水头24.46m，孔口尺寸1.80m×1.80m，计算荷载尺寸1.90m×1.90m，总水压力101.85 t，闭门力-2.76 t，启门力16.14 t,闸门重量4.00 t,埋件重量1.80 t，闸门的运行采用动水关闭、静水开启的方式。

4.3.4 引水隧洞进口拦污栅及启闭设备

为防止杂物阻塞引水隧洞洞身及损坏机组，在引水隧洞进口处设置拦污栅一道，栅体倾斜布置，与水平面夹角为80°，四周框架用I18的工字钢组成，栅条采用60mm×8mm（高×厚）的扁钢。

4.3.5 引水隧洞出口阀门

为满足工程正常运行要求，拟更换引水隧洞出口1个总管工作阀门、3个支管上的工作阀门及1个放空阀门。

4.3.6 隧洞出口压力钢管设计

压力钢管主管全长40m，主管内径1.20m，管壁厚10mm，引水支管共3条，每条长20m，支管内径0.80m，管壁厚8mm。建议各管内壁采用金属热喷锌防腐措施。

5 结语

里睦水库发电引水隧洞除险整治方案的设计虽然设计方案基本包含全部内容，但在细节上还需要进一步研究，不断提高水库的除险水平。

[1]邓昌奇.竹寿水库输水隧洞除险整治方案研究[J].陕西水利，2012.（09）.

[2]何旭东，方云.街子河水库除险加固[J].大坝与安全，2009.（02）.