輸水隧洞充水試驗過程及效果淺析

姜潤文

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

輸水隧洞充水試驗過程及效果淺析

姜潤文

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110003）

針對采用壓力流輸水的隧洞進行了充水試驗，在分段分級控制內水壓力的條件下進行了閉水試驗，并對相關數據進行了整理和分析。

輸水隧洞；充水；試驗；效果

1 概 述

某輸水隧洞工程采用壓力流輸水方式，從水庫邊的取水頭部到出口，總長為29.1km。其中含兩個過河鋼管連接段（位于上游的連接段中有一個配水站），將隧洞間隔為3段總長為25.498 km，圓形斷面，成洞洞徑為6m。

取水頭部進水口采用分層取水方式，共分三層，工作閘門均為潛孔式平面定輪鋼閘門，隧洞進口設置一孔6 m×6 m快速閘門。隧洞襯砌采用0.4m厚C25W12F150普通鋼筋混凝土及0.5m 厚C40W12F150后張法無粘結預應力鋼筋混凝土，分縫長度為12m；過河段采用的是鋼管外包鋼筋混凝土結構。

2 充水過程控制原則

（1）小流量充水。采用較小的流量對即將投入運行的水工隧洞充水是一項重要原則和主要手段，它不僅可以避免水錘，也是減小排、進氣設施規模的重要條件之一。并做到自上而下、逐段、小流量充水，滿流條件下控制流速為0.3m/s。

（2）壓力和流量指標。某一段隧洞充水過程中，應以壓力和流量兩個指標控制。在向下一段隧洞充水前，上一段隧洞水壓線標高應高于洞頂2m。

3 充水前的各項準備工作

3.1 檢查沿線設施、設備

充水前要確保隧洞內部及沿線設施、設備已全部通過檢查和驗收，并確保各種輔助設施、監控量測儀表及通訊設備等均處于完好狀態。保證攔污柵、工作閘門、快速閘門、管道閥門及備用電源等開關狀態符合充水方案要求。

3.2 選擇工作閘門運行方式

當進水口水位在126m以上時，啟用上層閘門充水；水位在118～12m時，啟用中層閘門充水；水位在108～118m時，啟用下層閘門充水。

3.3 計算前池充水量

利用分層工作閘門將隧洞進水前池（面積為622m2）充滿到充水方案中計算成果提出的充水量，再通過調整快速閘門開度向隧洞內充水。

4 隧洞段充水方法

4.1 充水區段劃分

為滿足輸水隧洞工程系統調流調壓要求，在配水站內干線管道上設置了4套活塞式調流閥，結合調流閥具有的調流、調壓、抗氣蝕和抗振動性能，沖洗過程分為取水頭部～配水站、配水站～隧洞出口兩段。

實際操作過程中，為滿足隧洞段利用明流沖洗底板和借用隧洞出口穩壓塔泄流的分段沖洗需要，以及取水口工作門和快速門聯合控流試驗的成功，為同時量測隧洞混凝土襯砌后的滲水量，最終充水時是將整個隧洞段一次充水，分段分級進行了閉水試驗。

4.2 充水方法

（1）充水特征參數。

按上述充水原則計算出隧洞充水特征參數詳見表1。

表1 隧洞充水特征參數表

（2）工作門和快速門收縮系數率定。

第一段利用工作門和快速閘門聯合控制開度充水，均為閘孔出流。采用的計算公式為，μ為閘門流量系數，ω為閘孔過流面積（m2），，計算控制流量的精度主要取決于μ的取值。

在利用明流對底板混凝土沖洗過程中，根據隧洞前池的水位容積關系、放空時間、工作門和快速門開度、水頭差等率定了工作門和快速門的μ值。在率定工作門μ值時，是利用快速門放空前池余水，再將快速門全關后，利用進水口水位將工作門開啟一定高度，向前池邊充水邊率定。在率定快速門μ值時，是將工作門全關后，將快速門開啟一定高度，用明流向隧洞內充水，率定成果詳見表2、3。

表2 工作門放水特征參數統計計算表

表3 快速門放水特征參數統計計算表

根據以上統計計算成果，則：

（3）工作門和快速門聯合調控充水。

快速門底板高程為96.5m，頂高程為102.5m，為避免充水過程中快速門前形成渦流和摻氣現象，需將前池水位控制在105m左右。因為充水流量、工作門及快速門μ值、充水水位H進水、工作門及快速門底高程等參數已知，則可計算出工作門和快速門開度，進行控流充水。通過現場調試，工作門和快速閘門按照10mm/min（約0.17mm/s）的速度均勻開啟至控制開度。

5 隧洞段充水調試成果及分析

2010年9月17日至18日，利用上述的控制方法進行了充水調試，實測充水至105m水位時間為26.15h，比理論計算時間提前0.78h，這是由于理論計算簡化為滿流，未考慮水力坡度、明流流速等因素。

鑒于有關規范、規程未制定壓力隧洞的試壓標準、方法，同時由于隧洞洞徑大、需充水水量大，加上水源條件的限制和代價高昂，極難利用一般的水源對隧洞段單獨進行靜水壓試驗。該工程利用上游水庫作為水源進行分段充水，并抓住當時水庫水位較常年高的有利時機，借鑒和參照了《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008）的有關規定，對隧洞段進行了分級閉水試驗，實測了壓力降值、滲水量值，對其輸水的功能特性進行了初步分析。

5.1 閉水試驗結果

（1）105m試驗水頭。

當充水水位至105m左右時，相應隧洞出口內水壓力為0.30MPa，采用關閉工作門，全開快速門方式，利用前池水位和容積變化情況推算壓力降和滲水量。觀測15min內前池水位下降0.03m。觀測閉水120min內，前池水位下降0.28m，則實測滲水量為：

（2）110m試驗水頭。

調整為0.10m，升壓至110m水位時關閉工作門，相應隧洞出口內水壓力為0.35MPa。觀測15min內前池水位下降0.08m。觀測閉水120min內，前池水位下降0.39m，則實測滲水量為：

（3）115m試驗水頭。

當110m水位閉水試驗完成后，將工作門開度調整為0.10m，升至115m水位時關閉工作門，相應隧洞出口內水壓力為0.40MPa。觀測15min內前池水位下降0.10m。觀測閉水200min，前池水位下降0.76m，則實測滲水量為：

（4）131m試驗水頭。

考慮需利用配水站旁通蝶閥和調流閥為隧洞出口至下一區段的配水站間充水，為避免充水時發生振動、氣蝕等危險現象，要求配水站調流閥后水頭控制在115m。

鑒于115m試驗水頭時，第一段隧洞的內水壓力為0.25MPa（長度為6464 m），同時考慮到隧洞以下管線充水的要求，采取關閉配水站直通蝶閥、全開工作閘門的方式，對隧洞第一段繼續升至水庫水位131m，相應隧洞內水壓力上升為0.41MPa，然后關閉工作閘門。觀測15min內前池水位下降0.015m。觀測閉水120min，前池水位下降0.05m，則第一段隧洞實測滲水量為：

5.2 閉水試驗成果分析

根據《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008）管道功能性試驗要求，參考第9.2.10條現澆鋼筋混凝土管渠標準，要求當15min后壓力降不超過3m水頭，實測滲水量小于或等于按下列公式計算的允許滲水量：

參照此標準，上述隧洞段各分級升壓閉水試驗后的實測值均滿足允許壓力降和允許滲水量要求。按規范規定，隧洞充滿水后，至少應浸泡72h，由于連續充水試壓的需要，該試驗省略了此項工作，故測試成果包含了混凝土的吸水量，試驗值應比實際滲水量偏大。這里需要說明的是壓力隧洞屬地下工程，施工環境、施工條件等較一般現澆鋼筋混凝土管渠所處環境惡劣，按允許壓力降和允許滲水量兩個指標進行考核時應適當放寬。

6 結 語

該段輸水隧洞工程采用壓力流輸水方式，設計內水壓力為0.5MPa,從隧洞進口至配水站長度為6.46km，配水站至隧洞出口長度為22.64km。自2010年9月17日起從上游開始進行全線充水試驗，至11月14日正式通水運行，以配水站為界，運行中上、下游最大內水壓力分別達到0.33 MPa,0.24 MPa，截至目前，隧洞工程已累計安全運行1330天，向下游六城市供水7.6億m3，發揮了較大的社會效益和經濟效益。

3年多來，運行管理過程中所取得的各項監測技術參數顯示輸水系統運行正常，也充分證明了充水調試試驗是成功的，可供類似輸水隧洞工程參考。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.06.015

TV672+.2

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1008-1305（2014）06-0047-03

姜潤文（1967年-），男 ，高級工程師。