清開供水工程輸水隧洞段改造設計

師源

（遼寧省清河水庫管理局有限責任公司，遼寧鐵嶺112003）

1 工程概況

清河水庫位于遼寧省鐵嶺市境內，據開原市區10km，是遼河中游左側支流清河干流上的一座大（2）型水庫，總庫容為9.68億m3，控制流域面積2376km2。清河水庫供水取水頭部及輸水改造工程，是在充分利用原清河電廠閑置的發電冷卻回水隧洞等已建施工的基礎上，改造取水頭部并新建輸水管線的一項遼寧省重點工程，是供給清河區及開原市城市生產、生活用水，徹底解決清河區及開原市城市供水水源短缺問題的民生工程。該輸水工程的取水頭部及輸水隧洞與清河水庫右岸輸水泄洪洞除險加固工程結合建設，為清河水庫樞紐的重要組成部分，其建筑物級別為2級，設計防洪標準為1000年一遇，校核防洪標準為10000年一遇，與水庫樞紐一致。

2 右岸輸水洞加固段改造

2.1 原輸水洞概況

原閘門井下游輸水洞總長706.427m，其中原閘門豎井前段長40.5m，洞直徑為4.0m，洞進、出口中心高程分別為110.00m、100.00m。整條隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，混凝土強度等級為200號，襯砌結構及配筋分為4種，見表1，表2。

表1 原隧洞襯砌分類

表2 原隧洞襯砌配筋

根據遼寧省水利水電工程質量檢測中心所檢測結果，原輸水隧洞經多年運行，洞體存在嚴重裂縫、滲漏、剝蝕及鋼筋外露腐蝕等現象，需對原排水隧洞進行改造。輸水隧洞分為兩部分，需改造段為原閘門井至原調壓井間泄洪洞加固段作為右岸輸水洞前部，長655.427m；剩余未改造洞段為在原調壓井后新建DN4.0m、長150.769m的取水頭部上游段，作為取水口過流通道，其出口設在原清河電廠回水泵站西側空地處。

2.2 襯砌結構復核

根據SL191-2008《水工混凝土結構設計規范》，工程隧洞段襯砌結構環境類別為二類,混凝土結構最大裂縫寬度限值為0.3mm。襯砌結構復核計算裂縫寬度均小于限值，隧洞原襯砌結構配筋能夠滿足該輸水工程運行工況的要求，襯砌結構強度不需要進行加固處理，只需要對襯砌表面的開裂及保護層的脫落進行處理即可。

2.3 改造

從混凝土耐久性方面考慮需對襯砌表面進行處理，隧洞襯砌最低混凝土強度等級應不低于C25。盡量不縮小輸水洞過水斷面，節約工程投資、降低施工難度，對襯砌內表面進行全斷面鑿毛處理。鑿除原200號混凝土保護層至鋼筋裸露，然后進行全斷面抹厚30mm的環氧砂漿，分兩層進行施工，每一層施工厚度均為15mm，待前一施工層環氧砂漿完全失去塑性，不再變形時進行下一層施工。確保處理后維持原洞徑不小于4.0m。

2.4 原調壓井—電廠段隧洞

采取封堵原調壓井—電廠回水泵房段隧洞的前端，封堵材料采用C30混凝土，封堵起點為新建輸水洞與原回水洞接口處，封堵長度為10.0m。

3 調壓井改造

3.1 調壓井段封堵疏通

原清河電廠冷卻水系統在2006年改造后，排水隧洞已經停用，因上游端閘門漏水嚴重，冬季造成下游水泵等設備冰凍破壞，電廠在調壓井處用鋼筋混凝土將隧洞封堵，封堵段長12.0m，從調壓井至頭部閘門之間的隧洞均在水中，封堵體下游隧洞主管路長52.0m，其中鋼筋混凝土襯砌段長14.0m，襯砌鋼管段長38.0m。

在隧洞進口進行防滲處理后將洞內積水排出，再對該段鋼筋混凝土封堵采用風鎬拆除，并將拆除的砌體人工運出洞外。

3.2 調壓井結構加固

1）調壓井概況

原隧洞采用阻抗式調壓井，調壓井頂高程為147.00m，凈高42.0m。其中上部直徑為4.0m，段長12.0m，采用500mm厚雙層配筋混凝土結構；下部直徑為2.5m，段長30.0m，采用300mm厚單層配筋混凝土結構。

2）調壓井加固

調壓井距隧洞末端約51.0m，低水位時引水洞內無壓流補氣作用，此設計予以保留。對調壓井下部2.5m直徑段的內表面局部采用環氧砂漿進行鑿毛補強，對需要補強段先表面鑿毛并清除松動塊，再用環氧砂漿抹面，厚度為30mm。

4 新建輸水洞段

原泄洪洞出口位于清河電廠回水泵房占地范圍內，征占該地存在困難，因此需要新建一段輸水洞，將洞出口移至回水泵房西側空地處。

4.1 隧洞總體布置

新建隧洞段全長150.769m，起點在原泄洪洞調壓井后轉彎段起點處，隧洞進口底高程為103.00m，出口設在原清河回水泵房西側空地處，隧洞出口底高程為96.00m，中間設一轉彎段過渡連接，轉彎半徑為10.0m。

4.2 隧洞斷面型式

新建隧洞采用圓形斷面，斷面尺寸與原回水洞相同，直徑為4.0m。隧洞最大設計流量為82.69m3/s，設計水頭為30.06m，為有壓洞。

4.3 隧洞工程地質條件

場區位于鐵嶺市清河區清河水庫西南部，北部屬低山丘陵地貌，南部屬山前洪積扇地貌，地形北高南低，起伏較大，最大高差達42.17m。

隧洞洞線段主要為強—微風化花崗巖，其巖性從勘探孔揭露的深度范圍內由上至下描述如下：

強風化花崗巖：青灰色，節理裂隙強烈發育，巖芯呈砂土狀或碎塊狀，主要礦物成份為鉀長石、石英及云母等，屬軟巖。層厚0.8～3.0m，層底埋深2.5～13.2m，層底標高87.85～139.49m。

中風化花崗巖：青灰色，節理裂隙一般發育，巖芯呈短柱狀，主要礦物成份為鉀長石、石英及云母等，屬較軟巖。層厚6.8～13.0m，層底埋深17.7～20.0m，層底標高76.65～124.79m。

微風化花崗巖：青灰色，結構完整，巖芯呈長柱狀，主要礦物成份為鉀長石、石英及云母等，屬較硬巖。所有勘探孔均未穿透該層，最大控制厚度為37.3m。

4.4 隧洞垂直最小覆蓋厚度驗算

經驗算，隧洞洞身垂直覆蓋厚度在15.0～45.0m之間，滿足最小厚度為7.0m的要求。

4.5 水力計算

1）水頭損失計算

經計算，校核水位138.06m下總水頭損失7.4m，設計水位（1310.0m）下總水頭損失6.7m。

2）隧洞水力坡降線

隧洞水力坡降計算取設計水位和校核水位兩種情況進行計算。經計算，隧洞洞頂以上壓力余幅大于2.0m，滿足規范要求。

3）高速水流水力設計

經計算，洞內流速最大為6.58m/s，小于100 m/s，故無需進行防空蝕計算。

4.6 隧洞支護襯砌參數

1)隧洞出口邊坡支護處理

在隧洞出口施工過程中，必須及時做好洞口邊坡處理，實現“早進洞，晚出洞，”達到減少洞口開挖，縮短工期，減小環境破壞的目的。巖石開挖采用1∶0.75邊坡，土方開挖邊坡1∶2。開挖坡面采用錨噴及掛網支護，噴混凝土厚100mm，錨桿采用?20、長2.0m、間排距2.0m的梅花形布置，鋼筋網采用?8，間距為250mm×250mm，坡頂設排水溝。

2）噴錨支護

工程隧洞寬度為4.0m，依據《水工隧洞設計規范》《錨桿噴射混凝土支護技術規范》規定，噴射混凝土厚度取0.05m。

3）襯砌支護

對洞身段圍巖為Ⅰ、Ⅱ類圍巖，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為0.35m。

4.7 隧洞灌漿設計

隧洞襯砌混凝土澆筑結束后，對襯砌頂拱120°范圍內進行回填灌漿，灌漿孔排距為2.0m，每排設1個灌漿孔，灌漿壓力為0.3～0.5MPa。灌漿孔應深入圍巖50mm以上。

對隧洞出口及斷層破碎帶等部位，進行固結灌漿。固結灌漿在回填灌漿后進行，灌漿孔排距為3.0m，梅花型布置，灌漿孔長度為2.0m。

5 結語

清開供水工程是為鐵嶺市清河區和開原市提供城市和生活用水保障，徹底解決清河區和開原市供水短缺問題，促進清河區、開原市經濟可持續發展；有效地緩解清河區、開原市用水緊張狀況，促進清河區和開原市地下水有效恢復；改善生態環境，充分利用現有的工程資源，促進政府關閉地下水行動得到有效落實。現供水工程已通過試水驗收，供水運行狀況良好。