供水水庫莊常水位運行期間的輸水隧洞設計實例另析

徐　偉

（深圳市廣匯源水利勘測設計有限公司　深圳市　518020）

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供水水庫莊常水位運行期間的輸水隧洞設計實例另析

徐偉

（深圳市廣匯源水利勘測設計有限公司深圳市518020）

【摘要】隨著經濟建設的發展和城市人口數量的逐漸增多，飲用水的需求量也逐漸加大，質量要求不斷提高，引用水的安全保障工作亟待解決。文章結合茜坑水庫至龍華觀瀾茜坑水廠輸水系統改造工程，對正常水位運行期間的輸水構筑物設計進行分析。

【關鍵詞】水庫輸水構筑物改造分析

近年來，由于社會、經濟的快速發展，城市人口急劇上升，飲用水的需求量急劇攀升，對水廠供水水質的要求不斷提高，而限于常規制水工藝的局限性，水廠對原水也提出了一定的要求［1］。為進一步加強飲用水安全保障工作，保證原水水質和水量已成為當前龍華片區、觀瀾片區人民的迫切愿望，茜坑水庫至龍華觀瀾茜坑水廠輸水系統改造工程意義重大。

1　工程概況

茜坑水庫位于深圳市龍華新區，始建于1993年4月，2002年5月完成擴建，設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為1 000年一遇，屬中型水庫，Ⅲ等工程。水庫正常蓄水位75.00m，設計洪水位75.2m，校核洪水位75.30m，正常庫容1 857萬m3、總庫容1 917萬m3。水庫主要建筑物包括主壩、4座副壩、溢洪道和壩下DN1200輸水涵管等。主壩為均質土壩、壩長389m、壩頂高程76.8m、最大壩高28.8m。茜坑水庫水源主要來自境外引水，主要包括龍茜供水工程和北線引水工程，經水庫調蓄和轉輸水量每年可達5億m3以上。

龍華茜坑水廠、觀瀾茜坑水廠均位于深圳市龍華新區，其中龍華茜坑水廠位于龍華新區大浪街道，供水范圍為大浪街道、民治街道和龍華街道，供水面積約86km2，目前供水規模為33萬m3/d；觀瀾茜坑水廠位于龍華新區觀瀾街道，供水范圍為觀瀾街道，供水面積約75km2，目前供水規模為30萬m3/d。

2　工程布置和建筑物

2.1工程布置

擬于茜坑水庫大壩左壩頭設分層取水口，后設引水隧洞，經主壩左岸山體隧洞掘進，出口設于茜坑水庫管理所景觀塘的東南側，出口設文丘里流量計，后設支管分別接入龍華茜坑泵站（提升至龍華茜坑水廠）、觀瀾茜坑水廠一期、新建的觀瀾泵站（提升至觀瀾茜坑水廠二期）、預留觀瀾茜坑水廠三期分水口、水庫放空管至茜坑水庫排洪渠，供水系統如附圖所示。

取水建筑物主要由分層取水口、引水隧洞組成。引水隧洞主要用來滿足觀瀾水廠一、二期和規劃三期總計50萬m3/d，以及龍華水廠遠期供水量50萬m3/d，兩區合計約100萬m3/d的供水量。隧洞采用圓形斷面，全線長640m，其中隧洞長568m，埋管段長72m。

新建觀瀾泵站設置于現有觀瀾茜坑老廠廠址，拆除現有老水廠建筑物進行建設，距離水庫大壩壩腳約60多米，施工及運行期間均不會對大壩造成影響。泵站用于向龍華茜坑水廠遠期供水提升，泵站規模按25萬m3/d進行設計。

附圖　供水系統圖

引水隧洞全長568m，圓形斷面隧洞DN3000，設350mm厚C30鋼筋混凝土襯砌，圍巖面作噴錨支護。隧洞出口接明挖鋼管與新建泵房相接，干管分支管與觀瀾一、二期進水聯通管相接，穿越北線及龍茜供水管時采用頂管施工。在隧洞出口設文丘里流量計一套，用于對原水總供水量的計量。隧洞進口段設檢修及工作閘門，進口管底高程為52m，以保證常年的補給水量。

2.2主要建筑物設計

（1）取水建筑物。本工程擬于水庫主壩左壩頭設置分層取水口從水庫取水輸水至兩水廠，按功能要求必需具有從水庫按需取水的功能，保證取水質量，同時滿足不同出水流速。故此，本工程取水口采用分層取水型式。目前，分層取水建筑物型式主要有多層取水口、疊梁門等形式［2］。

多層取水口布置方式的特點是將水道進水口沿豎向按取水高度分別設成幾個進口，每個進口都能滿足取水能力，水位較高時關閉下部進水口閘門，水位較低時開啟下部進水口閘門，適合于引流量小、水庫水深不大、取水口處場地較開闊的工程。

（2）圍堰設計。為保證水庫正常蓄水位，滿足施工期間水庫供水功能需要，圍堰是本工程的關鍵。針對深水基礎本工程采用雙壁鋼圍堰。圍堰承受的荷載必需滿足水頭壓力、以及進水塔施工平臺作用的豎向作用力影響。根據圍堰整體穩定性、結構受力情況等進行驗算，通過對其強度、剛度及結構穩定性、錨錠系統、施工期等不同工況分析以滿足工程施工需要。

3　輸水隧洞設計

隧道擬采用新奧法施工。隧道開挖采用全斷面鉆爆法和正臺階法，支護采用錨噴支護。錨噴支護既是施工安全的保障措施，也是永久性支護的一部分。在圍巖變形基本穩定后進行模筑混凝土二次襯砌施工。

采用鉆爆法開挖隧道，由風鉆打孔。光面爆破采用直眼掏槽，小直徑藥卷間隔裝藥，起爆方式采用毫秒微差塑料導爆管有序起爆，應采用合理的炮眼布置及光面爆破參數。光面爆破巖石，劈槽與掘進孔先后引爆，用水泵消塵、空壓機排煙，之后軌道運輸出碴。隧道初期支護包括砂漿錨桿、網噴混凝土、格柵鋼架等型式，依據圍巖類別及地表覆蓋層厚度的不同而分別設置。施工支護緊隨開挖斷面及時施作，以減少圍巖暴露時間，控制圍巖變形，防止圍巖在短期內松馳。支護采用風鉆造孔，插管超前注漿，打錨筋，掛鋼筋網（或鋼拱架），噴混凝土。

靠近進水塔的斷層，設計中采用回填混凝土塞，固結灌漿，對圍巖部分進行加固。進水塔基礎潛入基巖約3m，對四周的圍巖形成支撐作用，以保障塔體的穩定。進水口高程可以適當低一些，根據已建工程的觀測，合理設計進水口高程。

圓形斷面隧洞直徑DN3000，設350厚C30鋼筋混凝土襯砌，圍巖面作錨桿支護。茜坑水庫正常蓄水位75m，日常運行水位（66～73）m，死水位52m；觀瀾一期水廠進水井水位設計高程：59.1m，觀瀾二期水廠進水井水位設計高程：69.55m。龍華茜坑泵站水泵安裝高程為52.27m，新建觀瀾泵站設計高程50.0m。

隧洞的抗滲能力與隧洞圍巖的覆蓋厚度有關，圍巖厚度與施工方法有直接的聯系，在施工過程中根據變形監測結果及時錨噴支護，控制圍巖變形，在地質條件較差的圍巖中可以避免變形造成的壓力，圍巖壓力的變化目前只能根據工程經驗和變形監測進行分析。

隧洞的外水壓力作用一般結合圍巖的滲透系數、地質構造、排水出水點條件來確定，由于計算工作量較大，一般先計算襯砌面上的外水壓力。有時為了抵御地下水壓力，需要增加襯砌厚度，在滿足覆蓋厚度規定的條件下，采用排水措施降低外水壓力。

表3　心墻摻和料顆粒分析抽檢成果統計表　%

另設計抗滲指標為K=1.00×10-5，取樣檢測20組（共5大組、每大組取4小組），參透系數最大值3.27×10-6，最小值1.26×10-7，平均值9.44×10-7；抗剪指標共取樣10組，摩擦角最大值24.86，最小值18.1，平均值21.92。經復核均滿足規范要求。

6　結　語

通過對獅泉河水電站施工期筑壩材料試驗基礎數據的應用與分析，改性摻和料作為黏土心墻土石壩中的一種防滲新材料，并成功地運用在獅泉河水電站工程建設中，這一工程舉措具有十分重要的實際應用價值。

作者簡介：徐偉（1982-），男，湖南益陽人，大學本科，高級工程師，研究方向：水利水電，手機：13824420843。

收稿日期：（2016-02-23）