大伙房水库输水洞改造工程初步设计分析

□杨　丹（辽宁省大伙房水库管理局）



大伙房水库输水洞改造工程初步设计分析

□杨丹（辽宁省大伙房水库管理局）

摘要：大伙房水库输水洞改造工程是大伙房水库1958年8月竣工以来，首次对输水洞进行改造。输水洞位于大伙房水库主坝和一副坝之间的主坝左侧，主要功能就是排泄洪水、引水发电、灌溉和先期施工导流，输水洞主要由进水渠、进口控制段、主洞段、支洞1和支洞2，还有就是位于大伙房水库正门内的水库景观建筑的开闭室等部分组成。

关键词：大伙房水库；输水洞改造；工程设计

1　工程概述

1.1工程概况

根据大伙房水库输水洞改造工程设计方案：对原支洞2（洞径5.50m）桩号0+000～0+075.55段进行扩挖，成洞洞径为6.50 m；对原支洞2-1、2-2洞径由4.00 m扩挖至5.00 m，桩号范围0+075.55～0+157.00，出口由2.25 m×2.25 m，扩挖至3.40 m× 3.40 m；更换支洞2-1、2-2出口工作闸门，拆除重建出口启闭机室；对消能塘及尾渠进行加固处理。

1.2工程区地质条件

工程区位置属于辽东山地丘陵区，地形骨架受北北东向地质构造格局控制。地貌单元为剥蚀地形-丘陵-圆顶状高丘及侵蚀堆积地形-山间冲洪积-树枝状窄谷地。

工程区内地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型，出口段洞室顶部分别为全风化花岗片麻及松散的第四系冲洪积物，此两段以富水性较强的砂砾和全风化岩为主，一般为强透水。地下水化学类型较简单，为重碳酸硫酸钙镁型，PH值介于6.60～6.70，多为中性水，对钢结构、混凝土具有微腐蚀性。

1.3泄洪支洞地质条件

1.3.1洞室进口段（桩号0+000～0+105.00，段长105.00 m）

洞室揭露的岩性为太古代花岗片麻岩（M1），弱风化，岩石强度不均一，多为中硬岩～坚硬岩；岩体较完整；节理裂隙较发育，地下水以滴水为主。洞室埋深30 m左右，围岩整体较稳定，局部稳定性差，围岩以Ⅲ类为主。

1.3.2洞室出口段（桩号0+105.00～0+157.00，段长52.00 m）

本段洞室围岩为强～弱风化花岗片麻岩；岩石强度不均，为较软岩～中硬岩；岩体较完整～完整性差；节理裂隙较发育；地下水以滴水为主，局部线流。洞室埋深10.00～35.00 m。考虑洞室埋深、上部强风化岩及原开挖成洞形成的松动圈松动岩体等因素影响，该段围岩稳定性较差，自稳时间较短，综合评定为Ⅳ类围岩，本段洞室扩挖时应采取必要的超前支护措施，泄洪支洞洞室围岩初步分类见表1。

表1　泄洪支洞洞室围岩初步分类表

1.4启闭机室地质条件

启闭机室在原基础上拆除重建（桩号148.40～157.00），基础已开挖至弱风化岩，基础断面基本不变。其周边岩性上部为第四纪素填土，厚约4.50 m；下部为全、强、弱风化花岗岩。启闭机室基础处于地下水位之下，开挖时应采取必要的排水、防渗及支挡措施，并应考虑边坡稳定问题。含卵石粘土质砂层渗透系数建议值在45 m/d。临时开挖边坡建议值：第四纪素填土：1:1.50，全风化岩：1:0.75，强～弱风化岩：1:0.30。

1.5主要工程地质问题

1.5.1洞室围岩稳定问题

隧洞出口段（0+105.00～0+157.00）洞室埋深10.00～35.00 m。考虑洞室埋深、上部强风化岩以及原开挖成洞的松动圈松动岩体等因素影响，该段围岩稳定性较差，自稳时间较短，在开挖过程中可能引起失稳、塌方，应加强围岩变形观测，并及时进行支护，必要时应进行超前支护。

1.5.2隧洞涌水问题

隧洞穿越大部分为低山丘陵区，出口段穿越一级阶地区。地下水类型主要为基岩裂隙水及松散岩类孔隙水。洞线区域内地下水主要接受大气降水及少量库水绕坝渗流补给。

隧洞出口段穿越全风化较深的山丘及一级阶地，洞室顶部围岩主要为全、强风化岩及第四系松散岩类。强风化岩节理裂隙发育，地下水主要为基岩裂隙水，据前期勘察的压水试验成果，岩体透水性多为弱透水；全风化岩、第四系松散岩，均为强透水地层，地下水类型以孔隙潜水为主。风化作用可形成一定的汇水构造，地下水较丰富，洞室部位地下水受压力水头（约10.00～35.00 m）及各渗透介质对水头压力的折减作用控制，隧洞开挖过程中大部分洞段将以面状滴水为主，局部线状流水，一般不会产生突发性涌水。

1.5.3隧洞出口边坡稳定性及渗水问题

隧洞出口桩号0+147.00～0+157.00段处于浑河左岸一级阶地区，顶部为第四纪素填土（含卵石粘土质中粗砂）强透水层，下伏强风化花岗片麻岩，岩面缓倾向洞线下游，软化系数较高（0.76），不利于上覆松散岩体的稳定，暴雨后和振动易滑坡。本段扩挖主要涉及到开挖边坡稳定及渗水问题。

根据经验，并类比同类工程，含卵石粘土质砂层渗透系数建议值45.00 m/d；开挖边坡建议值：含卵石粘土质砂层1:1.50，坡脚处应采取反压措施；全风化岩1:0.75；强、弱风化岩1:0.30；防渗和排水措施可根据现场进行合理布置，主要采取在洞脸上方的不稳定砂、土体外围布置排水沟槽，或修建支挡建筑，集中引排至洞室出口下游。

1.5.4其它

隧洞段所在区域属于辐射正常场和铀正常场，岩石中放射性元素含量和比活度属于正常水平，对人的辐射及对水质影响非常低；本隧洞埋深较浅，不会产生岩爆及地温异常现象，无有害气体来源。

2　工程建设内容与设计

2.1输水洞改造工程主要建设内容及标准

输水洞改造由输水洞进口维修改造主要包括进口拦污栅检修和进口闸门及启闭机室检修；泄洪设施改造主要包括对原设计的泄洪支洞、出口控制段、消能塘及尾渠段几部分的改造；流量调节主要是在泄洪支洞出口处设置调流阀，对输水洞下泄流量进行调节和控制。

根据《大伙房水库除险加固工程初步设计报告》（除险加固工程已于2005年汛前完成），大伙房水库总库容为22.68×108 m3，水库工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等，确定主要泄水建筑物输水洞级别为1级。

根据建筑物级别，确定各建筑物防洪标准如下：输水洞设计洪水标准为千年一遇，校核洪水标准为可能最大洪水（PMF）；消能防冲建筑物消能塘的设计洪水标准为百年一遇。

2.2工程设计

2.2.1输水洞进口维修改造

进口拦污栅改造包括拦污栅槽的人工水下清运和对金属结构的防腐处理：采用一次除锈、喷锌100.00微米以上，环氧银灰漆两遍封闭。

进口闸门及启闭机室改造主要包括更换漏水的闸门上下水封，对破损的混凝土结构进行修补，对产生锈蚀的金属结构构件进行除锈及防腐处理，增加闸门锁定装置等。

2.2.2泄洪设施改造

对原泄洪支洞前端桩号0+00.00～0+75.55段进行扩挖，成洞洞径由5.50 m扩挖到6.50 m；对支洞2-1及2-2桩号0+75.55～0+139.00段进行扩挖，成洞洞径由4.00m扩挖到5.00m；桩号0+139.00～0+148.40仍设置渐变段，断面型式由5.00 m洞径圆形断面渐变为断面尺寸为3.40 m×3.40 m的正方形断面。

原输水洞控制段全部拆除重建，新建闸门控制段桩号不变，仍设置2扇工作闸门控制泄洪，孔口尺寸为3.40 m×3.40 m（宽×高），设计泄流量为409.40 m3/s。

对原设计消能塘进行改造加固后继续使用，其中消能塘起止桩号、设计尺寸、前端及末端底板高程均保持不变，改造加固主要包括底板和侧墙加厚以及在塘内设置辅助消能工两项措施，加固措施及参数通过水工模型试验验证。

尾渠应急防护工程目前已施工完成，设计对消能塘与下游尾渠应急防护工程之间的转弯段和连接段均进行加固处理，桩号0+217.50～0+321.34，主要加固措施是在原设计浆砌石护底与护坡基础之上增加钢筋混凝土护砌，厚度300.00 mm。

2.2.3流量调节

流量调节主要是在泄洪支洞出口处设置调流阀，对输水洞下泄流量进行调节和控制。根据计算，选择直径2.00 m调流阀可以满足调流要求，其调节流量区间为8.00～47.00 m3/s。

3　输水洞改造工程施工组织设计

泄洪支洞扩挖施工期间需进行封闭，考虑尾水渠下游回水在尾渠下游修建围堰，工程结束后围堰拆除。汛前灌溉期需通过支洞1及电站向下游供水，支洞2需进行临时封堵，封堵体在2014年6月末汛期之后进行拆除。

采用气腿式风钻钻孔人工装药，部分地段采用手风钻钻孔进行补充，非电毫秒雷管导爆索硝铵炸药爆破，Ⅲ类围岩每个工作循环进尺3.00 m，Ⅳ类围岩每个工作循环进尺2.00 m。主洞交叉段应预留保护距离，采用风钻开挖。洞内出渣采用1.00 m3装载机装渣，8 t自卸汽车运至泄洪支洞出口，运至洞口的渣料采用5 t单筒卷扬机牵引斗车运输至尾渠，运至尾渠的渣料采用1.00 m3挖掘机装8 t自卸汽车运输5.00 km至弃渣场。隧洞施工的通风除尘采用37 kW轴流式通风机通风。

混凝土采用商品混凝土，3.00 m3混凝土搅拌车运输至现场。采用30.00 m3/h混凝土泵泵送入仓。本施工段控制性工程为：施工准备→泄洪支洞混凝土拆除及石方开挖→出口、消能塘及尾渠混凝土拆除、浆砌石拆除和土石方开挖→支洞2临时封堵→隧洞衬砌→隧洞灌浆→临时封堵体及衬砌拆除→临时封堵段衬砌→启闭机室混凝土浇筑→消能塘底板混凝土浇筑→尾渠底板混凝土浇筑→工程竣工、收尾。

4　总结

通过大伙房输水洞改造工程的实施，能够满足水库调度运行要求，确保水库枢纽的防洪安全，保证工程各项功能的正常运行。参考文献

［1］胡桂云.大伙房水库泄洪设施方案比选［J］.黑龙江水利科技，2014（06）.

（责任编辑：赵鑫）

中图分类号：TV672

文献标识码：B

文章编号：1673-8853（2016）04-0076-02

收稿日期：2016-01-08