应急供水工程输水方案可行性分析

赵丽朋

（河南省白沙水库运行中心，河南禹州 461670）

1 工程总体布置

某应急供水工程项目由水库引水经新建引水线路至下游调节池。引水干渠隧洞引水口位于某水库坝址上游约170 m处，出口位于山口村附近山口河下游左岸阶地，进口采用竖井型式，有压进口，洞身无压，洞身为城门洞型式，出口设调节池。根据工程总布置，该应急供水管线采用无压隧洞，全线路长20.50 km，进口高程为577.50 m，出口高程为573.44 m。隧洞进口设引水闸。设计流量为1.15 m3/s。

2 工程选址选线

根据航测地形图及现场查勘情况，应急供水线路工程进口死水位为578 m，出口地面高程为572.70～573.30 m，调节池设计水深4 m，进出口落差为4～5 m，经过水力计算，完全可以实现重力自流。根据现场勘察结果，结合沿线地形、地貌及地物情况，初步拟定三个线路方案：线路一、二为纯隧洞自流方案，出口分别是山口河和漫涧河；线路三为泵站提水+自流方案，经过比选，最终推荐线路一方案。

线路一：干渠隧洞引水口位于某水库坝址上游170 m 处，出口位于山口村附近山口河左岸；进口采用竖井型式，有压进口，洞身无压，洞身为城门洞型式，出口设调节池；隧洞主洞总长20.20 km，底坡为1∶5 000，洞径2.50 m×3.50 m；施工支洞1位于8+552 桩号处，底坡为1∶10，长度是1.34 km；施工支洞2位于15+509，底坡为1∶13.60，长度是2.06 km。

线路二：西北片区引水的干渠隧洞引水口同方案一，出口位于某村附近的青龙涧河左岸，进口采用竖井型式，有压进口，洞身无压，洞身为城门洞型式，出口设调节池；隧洞主洞总长20.90 km，底坡为1∶5 000，洞径2.50 m×3.50 m；施工支洞1 位于：6+735，底坡为1∶11.32，长度是2.25 km；施工支洞2 位于14+385 桩号处底坡为1∶10，长度是1.60 km。

线路三：应急供水工程包括1 座提水泵站、5 座调节池、15.82 km管道和8.47 km引水隧洞。根据地形条件工程布置如下：首先通过泵站由库区左岸提水，采用压力管道由南向北提水至张山沟北，管道末端设1#调节池，管道长7.14 km；1#调节池向北设引水洞自流至宫前镇南，洞长2.06 km，末端设2#调节池，再由2#调节池接管道穿过宫前镇到达枣园北，管道末端设3#调节池，采用重力流，长2.35 km；3#调节池设引水洞由东南至西北向自流至乌鸡岭，洞长6.40 km，末端设4#调节池；4#调节池接管道最终引至山口河水库下游5#调节池，接压力供水管道，管道采用重力流，长6.33 km。

3 输水方式

应急供水线路工程输水线路长，取水口与水库下游调节池之间有约7～8 m 天然高差。根据地形条件、水头差及输送水量，输水方式采用隧洞重力输水。因隧洞为全封闭结构，即可保证输水水质安全，又减少沿途渗漏损失，同时重力输水又降低了能耗，减少后期运行费用，有利于降低供水成本。输水线路选用无压过水隧洞，洞底坡为1∶5 000，拟在进口靠近库区200 m 范围内采用0.08 m 厚喷锚支护加0.50 m 厚C25 钢筋混凝土衬砌，在岩洞的断层破碎带处采用0.26 m厚C25钢筋混凝土衬砌，在卵石洞范围内采用0.20 m 厚喷锚支护加0.70 m 厚C25钢筋混凝土衬砌。

4 主要建筑物

4.1 进口及竖井段

4.1.1 进口明渠

桩号0-080.44～0+042.44 长38 m 为进口明渠段，其中0-046.44～0-042.44 段采用梯形断面，底宽1.50 m，边坡坡度1∶0.75，坡高0.50～3.75 m，采用0.40 m 厚C25 混凝土护砌；0-056.44～0+046.44 段为渐变段，由梯形断面渐变为矩形断面，底宽1.50 m，高度由3.75 m 渐变为4.75 m，渐变段前端采用0.40 m 厚C25混凝土，末端采用C25混凝土挡墙。引渠段底部高程均为577.50 m，558.25 m 高程以上范围内的开挖边坡均采用喷混凝土保护，以防止风化，局部岩石破碎处可采取锚杆或挂网加固。

4.1.2 进水口段

桩号0-046.44～0-042.44 长4 m 为进水口段，采用C25 混凝土U形断面，底宽均为1.50 m，底板和侧墙壁厚度均为1.50 m，侧墙高均为6.50 m，侧墙埋设拦污栅导轨；0-042.44～0-034.44为喇叭口段，顶部为椭圆曲线，侧墙高度由6 m 渐变为4 m，顶板厚度0.80 m。进水口段底部高程均为577.50 m。隧洞从桩号输0+000处入洞，洞脸设C25 混凝土锁口梁及锚杆支护。

4.1.3 闸前洞身段

桩号0-042.44～0-014.44长28.00 m为闸前洞身段。输水洞为有压洞，洞身布置在弱风化安山玢岩内，洞底高程均为576.70 m。桩号0-042.44～0-014.44 为1.50 m×2.13 m 断面。该段洞身采用0.80 m厚C30钢筋混凝土衬砌，洞身临时支护采用喷C25混凝土0.12 m 厚加锚杆支护。为提高洞身周围岩石的完整性，对洞身周围3 m 范围内岩体进行固结灌浆，拟布置灌浆孔间距1.50 m，梅花形布置，灌浆孔深3 m；对洞顶120°范围内岩体进行回填灌浆，拟布置灌浆孔间距1.50 m。

4.1.4 竖井闸室段

0-014.44～0+000 长14.40 m 为闸室竖井段，闸底板高程577.50 m，闸室段采用1.50 m×2.13 m 的断面，内设弧形工作闸门，液压启闭机控制。工作闸门前设检修闸门。闸门孔口1.80 m，拦污栅以斜拉式布置在进口前，操纵平台及清污平台设在进口斜坡603.50 m 高程处，高于正常高调节位0.50 m，以便非汛期检修、清污。竖井内仅设检修闸门一扇，竖井内径6.11 m，井内在高程610.00 m处设检修平台。进口水流条件较好，有34.50 m埋在岩体中，对竖井整体稳定和井身结构受力都有利。

4.2 出口消力池段

竖井下游为1∶5 陡坡段长7.50 m，净宽由1.50 m 过渡到3 m，陡坡段洞身净高由3.50 m 过渡到5.50 m；后接出口消力池段，长18 m，净宽3 m 下游接引水隧洞，断面形式为城门洞型。出口消力池段洞身净高5.90 m，采用C25 混凝土护砌。

4.3 隧洞段

干渠隧洞采用有压进口，洞身无压，干渠隧洞主洞总长约20.20 km，底坡为1∶5 000，根据施工要求最小TBM施工的目前最小开挖洞径为3.53 m，衬砌后洞径为3 m，洞身为圆型，卵石洞为城门洞型，洞径5.33 m×5.20 m；施工支洞位于8+860桩号处，底坡为1∶11.91，洞径5 m×4.50 m，长度是1.60 km。

4.3.1 隧洞结构设计

根据工程特点，隧洞确定采用限裂设计，通过内力计算，确定衬砌厚度，按规范规定，洞身衬砌结构最大裂缝宽度取允许值0.30 mm，经计算，选用受力配筋为Φ16@200，分布钢筋为Φ14@200；卵石洞身选用受力配筋为Φ28@125，分布钢筋为Φ18@125，各工况内力及配筋成果合理，洞身结构尺寸满足要求。经过计算确定：引水隧洞岩长为18.80 km，卵石洞长1.23 km，为无压过水隧洞，洞底坡为1∶5 000，断面采用圆型，隧洞开挖外径3.53 m，衬砌后净直径3 m，衬砌厚度为0.27 m；卵石洞及检修支洞，衬砌厚度为0.70 m。隧洞衬砌后进行回填灌浆，隧洞按10 m 分缝。

4.3.2 隧洞支护设计

隧洞支护设计采用喷锚支护和钢筋混凝土衬砌联合支护型式，设计中特别加强了卵石洞、地下水等特殊地质条件洞段的一次支护设计。钢筋混凝土衬砌作为永久支护结构的二次支护，同时因一次支护对围岩的加固处理作用，二次支护可适当提高围岩类别或降低围岩荷载，用结构计算确定衬砌厚度和配筋结果。0+000～0+25.50为普通人工钻爆法隧洞，结构为城门洞结构。

4.3.3 防渗设计

应急供水线路工程项目明流输水隧洞长20.20 km，为长距离输水隧洞。明流输水隧洞无外水洞段内水外渗会恶化洞周围岩。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ围岩及土洞段环向伸缩缝用651 型橡胶止水带暗止水，缝内填聚乙烯闭孔泡沫塑料板；纵向施工缝可设651 遇水膨胀防水条。Ⅲ类围岩洞段10 m 为一个浇注段，10 m 设一个伸缩缝；Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段及土洞段8 m 设一个伸缩缝。环向伸缩缝内充填闭孔泡沫塑料板。在岩土洞过渡段岩洞端做固结灌浆，形成阻水帷幕，土洞段设环向止水，防止内水外渗恶化洞周土体条件。

4.3.4 排水设计

供水线路隧洞段大部分为有地下水洞段，穿过分水岭段隧洞埋深较大，最大埋深达600 m，地下水位较高，洞顶以上最大水头达276 m，且有断层破碎带。为减轻作用在永久衬砌上的外水压力，需对隧洞衬砌设置排水。对于外水头高于60 m 的高外水洞段，遵循先堵后排、堵排结合的原则，采取固结灌浆堵水，排水孔降压。排水孔采用小口径塑料排水盲沟外包无纺布型式。

4.4 调节池

在线路末端杠庙村附近设一座调调节池，容积4 356 m3。

5 结语

应急供水线路工程的建设将增加城市应急供水能力，极大地缓解城区的应急用水状况，同时极大地提高城市供水的安全性，改善城区的投资环境，从而为城市经济的发展提供保障。总之，应急备用水源工程是势在必行，十分必要的。