輸送水隧洞方案設(shè)計(jì)探討

深圳市廣匯源水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 廣東深圳 518020

摘要：水庫(kù)輸送水工程設(shè)計(jì)的合理與否，關(guān)系到人們正常的生活用水及生產(chǎn)。本文根據(jù)多年工程實(shí)踐，對(duì)某水庫(kù)的輸送水方案設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：輸水工程；輸水長(zhǎng)隧洞；設(shè)計(jì)方案

一、工程概況

某水利區(qū)域處于低山丘陵區(qū)，洞線(xiàn)地表大部分地段呈現(xiàn)山高、坡陡、谷深的特點(diǎn)。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，主要建筑物為1級(jí)建筑物，洪水50年一遇作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。輸水規(guī)模為70m3/s。根據(jù)前期大量的方案比較，選出三種設(shè)計(jì)方案：I方案：從水庫(kù)壩下自流引水至A村；Ⅱ方案：從水庫(kù)壩下提水至B村；Ⅲ方案：從水源水庫(kù)庫(kù)區(qū)自流引水至B村。

二、3條輸水線(xiàn)路方案

（一）水庫(kù)壩下自流引水方案（I方案）

本方案由取水頭部、輸水隧洞及出口建筑物組成，進(jìn)口設(shè)在水庫(kù)上游右岸5.4km處。此處山體巖性為安山質(zhì)角礫巖，巖體完整，庫(kù)岸穩(wěn)定。出口設(shè)在距A村1.50km處。輸水隧洞長(zhǎng)85.3km，隧洞底坡為1：2380.

（二）水庫(kù)壩下提水引水方案（B方案）

本方案輸水線(xiàn)路由泵站、壓力管道、暗渠、隧洞等幾部分組成。進(jìn)口引水線(xiàn)路起點(diǎn)提水泵站設(shè)在水庫(kù)庫(kù)區(qū)右岸，距電站大壩360m，揚(yáng)水高度為50.88m，經(jīng)2453.00m長(zhǎng)壓力鋼管將水提升到283.00m高程的穩(wěn)流池，再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)1257.50m的明流暗渠到達(dá)隧洞進(jìn)口。隧洞出口位于距B村1.00km處。由于是提水方案，隧洞埋深較淺，尤其是在樁號(hào)13+230。00～14+520.00過(guò)六股河約1290.00m長(zhǎng)地段，地質(zhì)條件較差，洞頂最小埋深不足1倍洞徑，需采用明挖處理。引水隧洞長(zhǎng)66.69km，隧洞底坡為1：2615。

（三）水庫(kù)壩上自流引水方案（Ⅲ方案）

取水頭部設(shè)在水庫(kù)庫(kù)區(qū)右岸的A溝與B溝之間的馬面石處，距B溝約2.60km，距水庫(kù)大壩約6.00km.隧洞出口位置同Ⅱ方案。引水隧洞長(zhǎng)71.5lkm，隧洞底坡為1：2465.

三、方案比較

（一）線(xiàn)路布置

從隧洞線(xiàn)路布置來(lái)看，I方案為自流引水，整個(gè)隧洞沿線(xiàn)靠近省級(jí)公路，沿線(xiàn)村屯眾多，交通方便，有利于水、電、通訊、供應(yīng)和施工機(jī)械的進(jìn)場(chǎng)、出場(chǎng)運(yùn)輸，但線(xiàn)路較長(zhǎng)，為85.3km；II方案為泵站提水，年耗電量為4.40億kWh，最大可達(dá)4.84億kWh，引水費(fèi)用較高，然而線(xiàn)路最短，為66.69km；Ⅲ方案也為自流引水，線(xiàn)路長(zhǎng)度為71.51km，長(zhǎng)度居中，但由于隧洞沿線(xiàn)無(wú)大型河谷，相對(duì)村屯較少，距公路較遠(yuǎn)，尤其是隧洞進(jìn)口處，山路崎嶇，巖石陡峭，進(jìn)場(chǎng)公路需開(kāi)山鑿洞，開(kāi)挖量大，交通條件差。

（二）地質(zhì)條件

（1）從區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性方面看，本工程區(qū)地震基本烈度小于6度，三條洞線(xiàn)均無(wú)區(qū)域性深大斷裂通過(guò)，且洞線(xiàn)基本走向與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向一般均為30o～45o，區(qū)域地質(zhì)條件基本一致。

（2）從地形地貌來(lái)看，三條洞線(xiàn)區(qū)均屬低山丘陵區(qū)，峰谷相間，溝谷發(fā)育，洞室埋深一般為100.00～300.00m，對(duì)施工布置較為有利。以洞室底板高程控制，I洞線(xiàn)洞室頂板埋藏較深，為52.00-600.00m，有利有弊，利在無(wú)淺埋段，弊在較大埋深部位地應(yīng)力值偏高，有發(fā)生巖爆的可能；Ⅱ洞線(xiàn)除了也存在發(fā)生巖爆可能的深埋段外，尚有多處淺埋段，其中在六股河河谷處洞頂埋深不足1倍洞徑，在牛毛河河谷處洞頂埋深24.00m，巖體厚12.00m，上覆巖體厚度不足，這兩處河谷部位無(wú)成洞條件或基本無(wú)成洞條件，若明挖，則施工排水等問(wèn)題難以解決。該洞線(xiàn)隧洞進(jìn)口之前有明挖段，因地下水位高同樣存在排水問(wèn)題；Ⅲ洞線(xiàn)洞臉位于水庫(kù)右岸一陡崖下，進(jìn)口段施工條件極差，洞線(xiàn)主要有三處河谷淺埋段，洞頂最小埋深為32.00m，對(duì)成洞不利。

（3）從巖性來(lái)看，I、Ⅱ洞線(xiàn)比較，巖性條件基本相同，軟質(zhì)巖所占比例均較小，以Ⅱ洞線(xiàn)為多；Ⅲ洞線(xiàn)巖性與I，II洞線(xiàn)有一定差別，即軟質(zhì)巖與小嶺組地層所占的比例較大，對(duì)圍巖穩(wěn)定不利。

（4）從穿越主洞線(xiàn)的斷層數(shù)量來(lái)看，I洞線(xiàn)為29條，最多，Ⅱ洞線(xiàn)為15條，居中，Ⅲ洞線(xiàn)為12條，最少。

（5）從水文地質(zhì)條件看，I，II洞線(xiàn)在三道河子向斜的核部存在具微弱溶蝕性的大理巖，受構(gòu)造影響局部風(fēng)化溶蝕，透水性較強(qiáng)，隧洞施工時(shí)可能有涌水問(wèn)題；Ⅱ洞線(xiàn)洞室埋深淺，涌水問(wèn)題較大；Ⅲ洞線(xiàn)巖體透水性一般微弱，雖有淺埋段，但估計(jì)不會(huì)有較大的涌水問(wèn)題。

（三）水力特性值

針對(duì)三條輸水線(xiàn)路進(jìn)行隧洞過(guò)流能力的水力計(jì)算，其特性值見(jiàn)下表。

各方案輸水隧洞特性表

特性值單位Ⅰ方案Ⅱ方案Ⅲ方案

長(zhǎng)度Km85.3266.6971.51

輸水方式 自流提水自流

設(shè)計(jì)流量m3/s707070

加大流量m3/s777777

洞底坡降 1/23801/26151/2465

進(jìn)口水位m234.23286.52289.92

進(jìn)口底板高程m229.85282.00285.51

出口水位m198.38261.02260.91

出口底板高程m194.00256.5.256.50

洞內(nèi)流速m/s2.172.11

（四）施工用電

I、II、Ⅲ洞線(xiàn)都較長(zhǎng)，除了支洞負(fù)荷外，還有料場(chǎng)負(fù)荷，負(fù)荷較分散。為滿(mǎn)足各負(fù)荷點(diǎn)的用電要求，每條洞線(xiàn)要建4座66kV施工變電所，4座施工變電所出線(xiàn)均為10kV，由施工變電所架設(shè)10kV線(xiàn)路至各個(gè)支洞及料場(chǎng)，在各個(gè)支洞及料場(chǎng)設(shè)置若干臺(tái)10kV變壓器，為支洞及料場(chǎng)負(fù)荷提供電源。

在施工用電上，I洞線(xiàn)線(xiàn)路最長(zhǎng)，負(fù)荷最大，相應(yīng)的66kV線(xiàn)路、施工變電所容量及10kV配電設(shè)備數(shù)量都比其他兩條洞線(xiàn)大。Ⅲ洞線(xiàn)線(xiàn)路較短，負(fù)荷小于Ⅰ洞線(xiàn)，相應(yīng)的變電所容量以及10kV變壓器的數(shù)量小于Ⅰ洞線(xiàn)，但Ⅲ洞線(xiàn)的66kV線(xiàn)路、10kV線(xiàn)路數(shù)量同Ⅰ洞線(xiàn)幾乎相同，Ⅲ洞線(xiàn)沿線(xiàn)通過(guò)大型河谷較少，大部分跨越山區(qū)，村屯較少，交通極其不便，造成66kV線(xiàn)路和10kV線(xiàn)路架設(shè)困難，需砍伐大量的林木，植被破壞嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境保護(hù)不利。經(jīng)綜合考慮，I洞線(xiàn)設(shè)計(jì)方案要優(yōu)于Ⅲ洞線(xiàn)。

（五）施工條件

Ⅰ洞線(xiàn)隧洞總長(zhǎng)85.3km，隧洞線(xiàn)路較長(zhǎng)，但交通方便，沿線(xiàn)靠近公路，施工臨時(shí)道路多為擴(kuò)建原有鄉(xiāng)道，共需新建、擴(kuò)建施工道路119km；各支洞口施工場(chǎng)地開(kāi)闊，臨時(shí)設(shè)施容易集中布置；棄渣堆放場(chǎng)地多在施工支洞口附近的天然溝谷里，棄渣運(yùn)距短，平均運(yùn)距約在1～1.5km；混凝土襯砌所需骨料料場(chǎng)均勻分布在各施工場(chǎng)地附近，且為天然砂石骨料，骨料的開(kāi)采和運(yùn)輸方便。隧洞進(jìn)口及出口施工容易.修建施工圍堰后可直接進(jìn)洞施工。120km；支洞口施工場(chǎng)地開(kāi)闊，臨時(shí)設(shè)施容易布置；棄渣場(chǎng)地多在施工支洞口附近的天然溝谷里，棄渣運(yùn)距稍遠(yuǎn)，約為1 ～2km；混凝土襯砌所需骨料料場(chǎng)距離各施工場(chǎng)地較遠(yuǎn)，但仍為天然砂石料。Ⅱ洞線(xiàn)頭部需修建大型提水泵站，經(jīng)2.40km長(zhǎng)的壓力輸水管道將水送人穩(wěn)流池，并通過(guò)暗渠與輸水隧洞連接，泵站施工時(shí)需修建施工圍堰，由于泵站位于庫(kù)區(qū)邊上，因此泵站施工時(shí)排水量較大；壓力輸水管道位于山坡上，需新修臨時(shí)施工道路。隧洞進(jìn)口可直接進(jìn)洞，隧洞出口需修建施工圍堰。在樁號(hào)13+230.00～14+520.00之間為過(guò)六股河段，由于埋深淺，成洞困難，只能以明挖、修建暗渠與主洞相連，由于六股河為常年性河流，所以該段施工需進(jìn)行分期施工導(dǎo)流.施工排水強(qiáng)度大.施工難度大。

Ⅲ洞線(xiàn)隧洞總長(zhǎng)71.51km，隧洞長(zhǎng)度居中，洞線(xiàn)遠(yuǎn)離公路，交通不便，施工道路多為新建道路，個(gè)別施工支洞進(jìn)場(chǎng)困難，共需新建、擴(kuò)建施工道路168km；大部分施工支洞口場(chǎng)地狹窄，臨時(shí)設(shè)施布置分散，遠(yuǎn)離支洞口；多數(shù)支洞口附近棄渣場(chǎng)地小，大部分棄渣需另運(yùn)至遠(yuǎn)處棄渣場(chǎng)地，棄渣運(yùn)距長(zhǎng)，約為3～4km，最遠(yuǎn)達(dá)5km；各施工場(chǎng)地附近無(wú)天然砂石料場(chǎng)，只能采用人工砂石料，而當(dāng)?shù)厣絽^(qū)植～被覆蓋率達(dá)80%，采用人工砂石料將對(duì)環(huán)境造成極大破壞，若采用天然砂石料，將因砂石料運(yùn)距太遠(yuǎn)而增加工程造價(jià)；隧洞進(jìn)口因位于水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)，水位較高，只能采用巖塞爆破，施工技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，施工難度大。出口與Ⅱ洞線(xiàn)施工方法相同。

通過(guò)以上施工條件比較.Ⅰ洞線(xiàn)優(yōu)于Ⅱ.Ⅲ洞線(xiàn)。

（六）對(duì)電站的影響

水庫(kù)是電網(wǎng)骨干調(diào)峰電站，目前水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行以發(fā)電為主。從水庫(kù)壩下輸水的Ⅰ、Ⅱ方案對(duì)電站的電力電量影響較小，而從水庫(kù)庫(kù)區(qū)輸水的Ⅲ方案，水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行將以輸水為主，對(duì)電站的電力電量影響較大。因此壩下引水的Ⅰ、Ⅱ方案要優(yōu)于壩上引水的Ⅲ方案。