孤峰山水库输水涵洞建改实践及思考

郝明荣

（天镇县孤峰山水库管理处，山西 天镇 038200）

1 概况

孤峰山水库位于天镇县境内永定河水系南洋河支流三沙河上，是一座以城镇防洪为主、兼顾灌溉的中型水库。水库上游的主河道是东沙河，长26.4km，较大支流有北沙河和南沙河，控制流域面积291.2km2，海拔高程1067.7m。多年平均降雨量450mm，多年平均径流量1172万m3，输沙量135万t。

孤峰山水库于1958年兴建，1960年拦洪蓄水。原设计防洪标准为100年一遇洪水，设计水位1089.9m，300年一遇洪水校核，校核水位1091.9m，正常高水位1089.7m。水库建成初期，以拦洪蓄水方式调度运用，由于洪水含沙量大，水库泄流能力低，造成水库严重淤积。截至1976年，坝前淤积面与溢洪道进口底高程齐平，淤积量达1385万m3，占总库容的58%。为解决水库淤积问题，1975年增建冲沙泄洪洞，进行拉沙冲槽，2007—2011年进行除险加固。现水库总库容2115万m3，枢纽工程为3等，主要建筑物为3级，100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。水库调度方式改为汛期滞洪，汛后蓄水灌溉。

水库枢纽及配套工程由大坝、溢洪道、冲沙泄洪洞和东、西输水洞及深孔泄洪闸六部分组成。

大坝坝型为砂壤土均质碾压黏土斜墙坝，最大坝高25.2m，坝顶高程1092.904m，防浪墙顶高程1093.904m，坝长507m，坝顶宽9m，上游边坡为干砌石护坡，下游边坡为草皮护坡，坝基座落在砂砾石上，防渗形式为截水槽。

溢洪道位于副坝左岸，为开敞式宽顶堰无控制设施，堰顶高程 1088.104m，宽 50m，长 123m，纵坡11.3%。末端为差动式挑流鼻坎，高低齿挑射角分别为25°和35°。底板为混凝土衬砌，侧墙为浆砌石，最大泄流量583m3/s。

冲沙泄洪洞位于溢洪道右侧80m处，进口底高程1072.2m。进口设进水塔，装有3.5m×4m平面钢板工作闸门和检修闸门各1扇，检修闸门采用电动葫芦启动，工作闸门采用2×40t双吊点卷扬式启闭机启闭。洞长66.7m，纵坡1%。出口为挑流消能，最大泄量131.3m3/s。

西输水涵洞位于大坝左端、冲沙泄洪洞右侧，长118m。进口底高程1072.7m，纵坡1%，洞后设有直径1.0m阀门控制，与西干渠相接，最大泄量6.6m3/s。

东输水涵洞位于大坝右岸，长92.8m，纵坡1%，进口底高程1076.9m。进口设进水塔，装1.5m×1.5m平面钢板工作闸门和检修闸门各1扇。闸门采用20t螺杆式启闭机启闭，与东干渠相接，最大泄量19.6m3/s。

新建深孔泄洪闸位于大坝右端坝肩，进口底高程1072.2m，长429m。进口设6m×6m潜孔弧形钢闸门控制，采用2×40t双吊点卷扬式启闭机启闭。设计流量487.8m3/s，最大泄量524.35m3/s。

2 东西输水涵洞初始建设情况

2.1 建设情况

东输水涵洞始建于1958年10月，整个涵洞的基础为风化片麻岩，洞身为无压城门洞型，底宽1.6m，墙高1.6m，上部为直径1.6m的半圆，洞长92.8m，浆砌石砌筑。进口底高程1076.9m，进口闸室为长1.5m、厚0.8m、2m×4m的矩形钢筋混凝土框架结构，框架横梁顶高程1081.7m，内置2.4m×2.2m、厚0.2m的钢筋混凝土闸门，最大泄量25m3/s。正常蓄水时，整个框架均处于水下。在框架的横梁上安装两组滑轮，用钢丝绳连接闸门和设置在坝顶上的启闭机，启闭用20t卷扬式启闭机。在坝前沿坝坡设置长35m、内径1m、厚0.25m的钢筋混凝土放水卧管，在卧管1081m，1084m，1087m处设3个直径为0.8m的圆形放水孔，孔上设直径1m的钢板拍门控制，拍门由坝顶启闭机启闭。东输水涵洞属灌溉和泄洪两用涵洞，卧管放水孔用于灌溉，闸门用于泄洪。洞后设长10m、宽4m、深2m的浆砌石消力池。

西输水涵洞始建于1958年10月，整个涵洞的基础为风化片麻岩，洞身为直径1m、厚0.25m的现浇C20钢筋混凝土有压圆洞，洞长118m。进口底高程1072.7m，进口闸室为长1.5m、厚0.8m、1.2m×3m的矩形钢筋混凝土框架结构，框架横梁顶高程1076.5m，内置1.5m×1.5m、厚0.2m的钢筋混凝土闸门。最大泄量6.6m3/s。正常蓄水时，整个框架均处于水下。在框架的横梁上安装两组滑轮，用钢丝绳连接闸门和设置在坝顶上的启闭机，启闭用20t卷扬式启闭机。在坝前沿坝坡设置长40m、内径1m、厚0.25m的钢筋混凝土放水卧管，卧管与涵洞在闸门后连接，在卧管1081m，1084m，1087m处设3个直径0.8m的圆形放水孔，孔上设直径1m的钢板拍门控制，拍门由坝顶启闭机启闭。西输水涵洞属灌溉和泄洪两用涵洞。洞后设长8m、宽3.5m、深2m的浆砌石消力池。

2.2 输水涵洞使用及改造情况

1960年水库开始蓄水后，两个涵洞均投入使用，但存在闸门启闭困难、卧管上的拍门启闭使用不便等问题。1963年3月准备春浇时库水位为1086.4m，西涵洞正常放水，东涵洞发生钢丝绳拉断事故，闸门和拍门都无法打开，导致无法放水。经研究，决定凿开闸门背水面直径0.25m的圆形混凝土保护层，用氧割割断闸门背水面的受力筋，等待水压压开割口放水。第二天发现割口内混凝土已被压出，第三天被压穿。

此次事故后，泄空水库蓄水，对两处涵洞进行了改造，拆除两涵洞的进口闸门，由坝前控制改为坝后控制。东涵洞输水管道改为直径1.5m的钢板有压圆洞，施工中先在工厂制作好长2m、直径1.5m的钢管，运到洞内焊接安装。从进口开始，在钢管外每1m2焊接一根长0.5m、直径20mm的钢筋，固定安装后，用混凝土把钢管与原洞之间的空隙填实。在洞后安装直径1.5m的阀门控制。西涵洞在洞后安装直径1m的阀门控制。

改造后的涵洞阀门启闭较灵活，没有发生开启关闭故障及洞身漏水或沿管壁渗漏现象，仅西输水洞底部混凝土有磨蚀现象，最大磨蚀深度为5cm。但经常发生洞内被淤泥堵死的情况。1964—1966年，由于缺乏使用经验，堵洞事故频发，有时1年可达2~3次。西涵洞堵死次数更多，大约为其2倍。经水库工程技术人员、管理人员及市水利局专家分析，堵洞主要发生在洪水进库后2~3d。涵洞进口周围由于逐年淤积，其淤积面比进口面高出8m左右，在涵洞进口前沿水流方向形成一条深槽。洪水进库后，异重流顺槽而下进入洞内，涵洞逐渐被淤死。针对这种情况，在洪水进库2h后开启阀门泄水10min左右，2d后放一次水，3~5d后再放一次水，可大大降低堵洞事故。

2007年，孤峰山水库对两处输水涵洞进行了改造。设计将原坝后控制改为坝前控制，在两输水涵洞进口处增设进水塔，进水塔进口底高程仍采用原进口高程，安装启闭机的基础高程与大坝坝顶齐平，为1092.9m。在进口处安装1.5m×1.5m平面钢板工作门和检修门各1扇，采用20t螺杆式启闭机启闭。后因资金短缺，仅对东输水洞进行了改造。2009年东输水洞改造工程结束，改造后的东输水洞彻底杜绝了涵洞被淤死的可能，闸门启闭方便。

3 几点思考

一是工程设计上存在先天不足，没有考虑黄土高原地区建库所特有的水土流失问题。在水库建设时，必须根据当地的具体情况进行设计。

二是水库工程建于20世纪50年代，当时经济条件差，技术力量有限，两个输水涵洞进口均为水下控制，给以后的管理和维修带来了极大困难。西输水涵洞内径只有1m，仅满足了输水要求，检修工作极其困难。建议在水库涵洞建设中，不但要考虑泄流要求，更要考虑维修和改造要求，涵管直径最小应在1.5m以上，以保证工作人员方便进出。

三是在高泥沙河流上建设水库，涵洞泄流应采用坝前控制，不宜采用坝后控制，防止涵洞被泥沙堵塞。

四是根据孤峰山水库涵洞50多年的使用情况，洞身宜采用钢管（在其外现浇混凝土），其磨损小，易维修，且洞身不易发生垮塌导致出现管涌，引起大坝垮塌事故。一般使用钢管的管壁厚度应大于6mm。

五是坚持定期对涵洞检查和日常逐日巡查制度，发现隐患及时进行处理。