供水水库庄常水位运行期间的输水隧洞设计实例另析

徐　伟

（深圳市广汇源水利勘测设计有限公司　深圳市　518020）



供水水库庄常水位运行期间的输水隧洞设计实例另析

徐伟

（深圳市广汇源水利勘测设计有限公司深圳市518020）

【摘要】随着经济建设的发展和城市人口数量的逐渐增多，饮用水的需求量也逐渐加大，质量要求不断提高，引用水的安全保障工作亟待解决。文章结合茜坑水库至龙华观澜茜坑水厂输水系统改造工程，对正常水位运行期间的输水构筑物设计进行分析。

【关键词】水库输水构筑物改造分析

近年来，由于社会、经济的快速发展，城市人口急剧上升，饮用水的需求量急剧攀升，对水厂供水水质的要求不断提高，而限于常规制水工艺的局限性，水厂对原水也提出了一定的要求［1］。为进一步加强饮用水安全保障工作，保证原水水质和水量已成为当前龙华片区、观澜片区人民的迫切愿望，茜坑水库至龙华观澜茜坑水厂输水系统改造工程意义重大。

1　工程概况

茜坑水库位于深圳市龙华新区，始建于1993年4月，2002年5月完成扩建，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1 000年一遇，属中型水库，Ⅲ等工程。水库正常蓄水位75.00m，设计洪水位75.2m，校核洪水位75.30m，正常库容1 857万m3、总库容1 917万m3。水库主要建筑物包括主坝、4座副坝、溢洪道和坝下DN1200输水涵管等。主坝为均质土坝、坝长389m、坝顶高程76.8m、最大坝高28.8m。茜坑水库水源主要来自境外引水，主要包括龙茜供水工程和北线引水工程，经水库调蓄和转输水量每年可达5亿m3以上。

龙华茜坑水厂、观澜茜坑水厂均位于深圳市龙华新区，其中龙华茜坑水厂位于龙华新区大浪街道，供水范围为大浪街道、民治街道和龙华街道，供水面积约86km2，目前供水规模为33万m3/d；观澜茜坑水厂位于龙华新区观澜街道，供水范围为观澜街道，供水面积约75km2，目前供水规模为30万m3/d。

2　工程布置和建筑物

2.1工程布置

拟于茜坑水库大坝左坝头设分层取水口，后设引水隧洞，经主坝左岸山体隧洞掘进，出口设于茜坑水库管理所景观塘的东南侧，出口设文丘里流量计，后设支管分别接入龙华茜坑泵站（提升至龙华茜坑水厂）、观澜茜坑水厂一期、新建的观澜泵站（提升至观澜茜坑水厂二期）、预留观澜茜坑水厂三期分水口、水库放空管至茜坑水库排洪渠，供水系统如附图所示。

取水建筑物主要由分层取水口、引水隧洞组成。引水隧洞主要用来满足观澜水厂一、二期和规划三期总计50万m3/d，以及龙华水厂远期供水量50万m3/d，两区合计约100万m3/d的供水量。隧洞采用圆形断面，全线长640m，其中隧洞长568m，埋管段长72m。

新建观澜泵站设置于现有观澜茜坑老厂厂址，拆除现有老水厂建筑物进行建设，距离水库大坝坝脚约60多米，施工及运行期间均不会对大坝造成影响。泵站用于向龙华茜坑水厂远期供水提升，泵站规模按25万m3/d进行设计。

附图　供水系统图

引水隧洞全长568m，圆形断面隧洞DN3000，设350mm厚C30钢筋混凝土衬砌，围岩面作喷锚支护。隧洞出口接明挖钢管与新建泵房相接，干管分支管与观澜一、二期进水联通管相接，穿越北线及龙茜供水管时采用顶管施工。在隧洞出口设文丘里流量计一套，用于对原水总供水量的计量。隧洞进口段设检修及工作闸门，进口管底高程为52m，以保证常年的补给水量。

2.2主要建筑物设计

（1）取水建筑物。本工程拟于水库主坝左坝头设置分层取水口从水库取水输水至两水厂，按功能要求必需具有从水库按需取水的功能，保证取水质量，同时满足不同出水流速。故此，本工程取水口采用分层取水型式。目前，分层取水建筑物型式主要有多层取水口、叠梁门等形式［2］。

多层取水口布置方式的特点是将水道进水口沿竖向按取水高度分别设成几个进口，每个进口都能满足取水能力，水位较高时关闭下部进水口闸门，水位较低时开启下部进水口闸门，适合于引流量小、水库水深不大、取水口处场地较开阔的工程。

（2）围堰设计。为保证水库正常蓄水位，满足施工期间水库供水功能需要，围堰是本工程的关键。针对深水基础本工程采用双壁钢围堰。围堰承受的荷载必需满足水头压力、以及进水塔施工平台作用的竖向作用力影响。根据围堰整体稳定性、结构受力情况等进行验算，通过对其强度、刚度及结构稳定性、锚锭系统、施工期等不同工况分析以满足工程施工需要。

3　输水隧洞设计

隧道拟采用新奥法施工。隧道开挖采用全断面钻爆法和正台阶法，支护采用锚喷支护。锚喷支护既是施工安全的保障措施，也是永久性支护的一部分。在围岩变形基本稳定后进行模筑混凝土二次衬砌施工。

采用钻爆法开挖隧道，由风钻打孔。光面爆破采用直眼掏槽，小直径药卷间隔装药，起爆方式采用毫秒微差塑料导爆管有序起爆，应采用合理的炮眼布置及光面爆破参数。光面爆破岩石，劈槽与掘进孔先后引爆，用水泵消尘、空压机排烟，之后轨道运输出碴。隧道初期支护包括砂浆锚杆、网喷混凝土、格栅钢架等型式，依据围岩类别及地表覆盖层厚度的不同而分别设置。施工支护紧随开挖断面及时施作，以减少围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩在短期内松驰。支护采用风钻造孔，插管超前注浆，打锚筋，挂钢筋网（或钢拱架），喷混凝土。

靠近进水塔的断层，设计中采用回填混凝土塞，固结灌浆，对围岩部分进行加固。进水塔基础潜入基岩约3m，对四周的围岩形成支撑作用，以保障塔体的稳定。进水口高程可以适当低一些，根据已建工程的观测，合理设计进水口高程。

圆形断面隧洞直径DN3000，设350厚C30钢筋混凝土衬砌，围岩面作锚杆支护。茜坑水库正常蓄水位75m，日常运行水位（66～73）m，死水位52m；观澜一期水厂进水井水位设计高程：59.1m，观澜二期水厂进水井水位设计高程：69.55m。龙华茜坑泵站水泵安装高程为52.27m，新建观澜泵站设计高程50.0m。

隧洞的抗渗能力与隧洞围岩的覆盖厚度有关，围岩厚度与施工方法有直接的联系，在施工过程中根据变形监测结果及时锚喷支护，控制围岩变形，在地质条件较差的围岩中可以避免变形造成的压力，围岩压力的变化目前只能根据工程经验和变形监测进行分析。

隧洞的外水压力作用一般结合围岩的渗透系数、地质构造、排水出水点条件来确定，由于计算工作量较大，一般先计算衬砌面上的外水压力。有时为了抵御地下水压力，需要增加衬砌厚度，在满足覆盖厚度规定的条件下，采用排水措施降低外水压力。

表3　心墙掺和料颗粒分析抽检成果统计表　%

另设计抗渗指标为K=1.00×10-5，取样检测20组（共5大组、每大组取4小组），参透系数最大值3.27×10-6，最小值1.26×10-7，平均值9.44×10-7；抗剪指标共取样10组，摩擦角最大值24.86，最小值18.1，平均值21.92。经复核均满足规范要求。

6　结　语

通过对狮泉河水电站施工期筑坝材料试验基础数据的应用与分析，改性掺和料作为黏土心墙土石坝中的一种防渗新材料，并成功地运用在狮泉河水电站工程建设中，这一工程举措具有十分重要的实际应用价值。

作者简介：徐伟（1982-），男，湖南益阳人，大学本科，高级工程师，研究方向：水利水电，手机：13824420843。

收稿日期：（2016-02-23）