應急供水工程輸水方案可行性分析

趙麗朋

（河南省白沙水庫運行中心，河南禹州 461670）

1 工程總體布置

某應急供水工程項目由水庫引水經新建引水線路至下游調節池。引水干渠隧洞引水口位于某水庫壩址上游約170 m處，出口位于山口村附近山口河下游左岸階地，進口采用豎井型式，有壓進口，洞身無壓，洞身為城門洞型式，出口設調節池。根據工程總布置，該應急供水管線采用無壓隧洞，全線路長20.50 km，進口高程為577.50 m，出口高程為573.44 m。隧洞進口設引水閘。設計流量為1.15 m3/s。

2 工程選址選線

根據航測地形圖及現場查勘情況，應急供水線路工程進口死水位為578 m，出口地面高程為572.70～573.30 m，調節池設計水深4 m，進出口落差為4～5 m，經過水力計算，完全可以實現重力自流。根據現場勘察結果，結合沿線地形、地貌及地物情況，初步擬定三個線路方案：線路一、二為純隧洞自流方案，出口分別是山口河和漫澗河；線路三為泵站提水+自流方案，經過比選，最終推薦線路一方案。

線路一：干渠隧洞引水口位于某水庫壩址上游170 m 處，出口位于山口村附近山口河左岸；進口采用豎井型式，有壓進口，洞身無壓，洞身為城門洞型式，出口設調節池；隧洞主洞總長20.20 km，底坡為1∶5 000，洞徑2.50 m×3.50 m；施工支洞1位于8+552 樁號處，底坡為1∶10，長度是1.34 km；施工支洞2位于15+509，底坡為1∶13.60，長度是2.06 km。

線路二：西北片區引水的干渠隧洞引水口同方案一，出口位于某村附近的青龍澗河左岸，進口采用豎井型式，有壓進口，洞身無壓，洞身為城門洞型式，出口設調節池；隧洞主洞總長20.90 km，底坡為1∶5 000，洞徑2.50 m×3.50 m；施工支洞1 位于：6+735，底坡為1∶11.32，長度是2.25 km；施工支洞2 位于14+385 樁號處底坡為1∶10，長度是1.60 km。

線路三：應急供水工程包括1 座提水泵站、5 座調節池、15.82 km管道和8.47 km引水隧洞。根據地形條件工程布置如下：首先通過泵站由庫區左岸提水，采用壓力管道由南向北提水至張山溝北，管道末端設1#調節池，管道長7.14 km；1#調節池向北設引水洞自流至宮前鎮南，洞長2.06 km，末端設2#調節池，再由2#調節池接管道穿過宮前鎮到達棗園北，管道末端設3#調節池，采用重力流，長2.35 km；3#調節池設引水洞由東南至西北向自流至烏雞嶺，洞長6.40 km，末端設4#調節池；4#調節池接管道最終引至山口河水庫下游5#調節池，接壓力供水管道，管道采用重力流，長6.33 km。

3 輸水方式

應急供水線路工程輸水線路長，取水口與水庫下游調節池之間有約7～8 m 天然高差。根據地形條件、水頭差及輸送水量，輸水方式采用隧洞重力輸水。因隧洞為全封閉結構，即可保證輸水水質安全，又減少沿途滲漏損失，同時重力輸水又降低了能耗，減少后期運行費用，有利于降低供水成本。輸水線路選用無壓過水隧洞，洞底坡為1∶5 000，擬在進口靠近庫區200 m 范圍內采用0.08 m 厚噴錨支護加0.50 m 厚C25 鋼筋混凝土襯砌，在巖洞的斷層破碎帶處采用0.26 m厚C25鋼筋混凝土襯砌，在卵石洞范圍內采用0.20 m 厚噴錨支護加0.70 m 厚C25鋼筋混凝土襯砌。

4 主要建筑物

4.1 進口及豎井段

4.1.1 進口明渠

樁號0-080.44～0+042.44 長38 m 為進口明渠段，其中0-046.44～0-042.44 段采用梯形斷面，底寬1.50 m，邊坡坡度1∶0.75，坡高0.50～3.75 m，采用0.40 m 厚C25 混凝土護砌；0-056.44～0+046.44 段為漸變段，由梯形斷面漸變為矩形斷面，底寬1.50 m，高度由3.75 m 漸變為4.75 m，漸變段前端采用0.40 m 厚C25混凝土，末端采用C25混凝土擋墻。引渠段底部高程均為577.50 m，558.25 m 高程以上范圍內的開挖邊坡均采用噴混凝土保護，以防止風化，局部巖石破碎處可采取錨桿或掛網加固。

4.1.2 進水口段

樁號0-046.44～0-042.44 長4 m 為進水口段，采用C25 混凝土U形斷面，底寬均為1.50 m，底板和側墻壁厚度均為1.50 m，側墻高均為6.50 m，側墻埋設攔污柵導軌；0-042.44～0-034.44為喇叭口段，頂部為橢圓曲線，側墻高度由6 m 漸變為4 m，頂板厚度0.80 m。進水口段底部高程均為577.50 m。隧洞從樁號輸0+000處入洞，洞臉設C25 混凝土鎖口梁及錨桿支護。

4.1.3 閘前洞身段

樁號0-042.44～0-014.44長28.00 m為閘前洞身段。輸水洞為有壓洞，洞身布置在弱風化安山玢巖內，洞底高程均為576.70 m。樁號0-042.44～0-014.44 為1.50 m×2.13 m 斷面。該段洞身采用0.80 m厚C30鋼筋混凝土襯砌，洞身臨時支護采用噴C25混凝土0.12 m 厚加錨桿支護。為提高洞身周圍巖石的完整性，對洞身周圍3 m 范圍內巖體進行固結灌漿，擬布置灌漿孔間距1.50 m，梅花形布置，灌漿孔深3 m；對洞頂120°范圍內巖體進行回填灌漿，擬布置灌漿孔間距1.50 m。

4.1.4 豎井閘室段

0-014.44～0+000 長14.40 m 為閘室豎井段，閘底板高程577.50 m，閘室段采用1.50 m×2.13 m 的斷面，內設弧形工作閘門，液壓啟閉機控制。工作閘門前設檢修閘門。閘門孔口1.80 m，攔污柵以斜拉式布置在進口前，操縱平臺及清污平臺設在進口斜坡603.50 m 高程處，高于正常高調節位0.50 m，以便非汛期檢修、清污。豎井內僅設檢修閘門一扇，豎井內徑6.11 m，井內在高程610.00 m處設檢修平臺。進口水流條件較好，有34.50 m埋在巖體中，對豎井整體穩定和井身結構受力都有利。

4.2 出口消力池段

豎井下游為1∶5 陡坡段長7.50 m，凈寬由1.50 m 過渡到3 m，陡坡段洞身凈高由3.50 m 過渡到5.50 m；后接出口消力池段，長18 m，凈寬3 m 下游接引水隧洞，斷面形式為城門洞型。出口消力池段洞身凈高5.90 m，采用C25 混凝土護砌。

4.3 隧洞段

干渠隧洞采用有壓進口，洞身無壓，干渠隧洞主洞總長約20.20 km，底坡為1∶5 000，根據施工要求最小TBM施工的目前最小開挖洞徑為3.53 m，襯砌后洞徑為3 m，洞身為圓型，卵石洞為城門洞型，洞徑5.33 m×5.20 m；施工支洞位于8+860樁號處，底坡為1∶11.91，洞徑5 m×4.50 m，長度是1.60 km。

4.3.1 隧洞結構設計

根據工程特點，隧洞確定采用限裂設計，通過內力計算，確定襯砌厚度，按規范規定，洞身襯砌結構最大裂縫寬度取允許值0.30 mm，經計算，選用受力配筋為Φ16@200，分布鋼筋為Φ14@200；卵石洞身選用受力配筋為Φ28@125，分布鋼筋為Φ18@125，各工況內力及配筋成果合理，洞身結構尺寸滿足要求。經過計算確定：引水隧洞巖長為18.80 km，卵石洞長1.23 km，為無壓過水隧洞，洞底坡為1∶5 000，斷面采用圓型，隧洞開挖外徑3.53 m，襯砌后凈直徑3 m，襯砌厚度為0.27 m；卵石洞及檢修支洞，襯砌厚度為0.70 m。隧洞襯砌后進行回填灌漿，隧洞按10 m 分縫。

4.3.2 隧洞支護設計

隧洞支護設計采用噴錨支護和鋼筋混凝土襯砌聯合支護型式，設計中特別加強了卵石洞、地下水等特殊地質條件洞段的一次支護設計。鋼筋混凝土襯砌作為永久支護結構的二次支護，同時因一次支護對圍巖的加固處理作用，二次支護可適當提高圍巖類別或降低圍巖荷載，用結構計算確定襯砌厚度和配筋結果。0+000～0+25.50為普通人工鉆爆法隧洞，結構為城門洞結構。

4.3.3 防滲設計

應急供水線路工程項目明流輸水隧洞長20.20 km，為長距離輸水隧洞。明流輸水隧洞無外水洞段內水外滲會惡化洞周圍巖。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ圍巖及土洞段環向伸縮縫用651 型橡膠止水帶暗止水，縫內填聚乙烯閉孔泡沫塑料板；縱向施工縫可設651 遇水膨脹防水條。Ⅲ類圍巖洞段10 m 為一個澆注段，10 m 設一個伸縮縫；Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段及土洞段8 m 設一個伸縮縫。環向伸縮縫內充填閉孔泡沫塑料板。在巖土洞過渡段巖洞端做固結灌漿，形成阻水帷幕，土洞段設環向止水，防止內水外滲惡化洞周土體條件。

4.3.4 排水設計

供水線路隧洞段大部分為有地下水洞段，穿過分水嶺段隧洞埋深較大，最大埋深達600 m，地下水位較高，洞頂以上最大水頭達276 m，且有斷層破碎帶。為減輕作用在永久襯砌上的外水壓力，需對隧洞襯砌設置排水。對于外水頭高于60 m 的高外水洞段，遵循先堵后排、堵排結合的原則，采取固結灌漿堵水，排水孔降壓。排水孔采用小口徑塑料排水盲溝外包無紡布型式。

4.4 調節池

在線路末端杠廟村附近設一座調調節池，容積4 356 m3。

5 結語

應急供水線路工程的建設將增加城市應急供水能力，極大地緩解城區的應急用水狀況，同時極大地提高城市供水的安全性，改善城區的投資環境，從而為城市經濟的發展提供保障。總之，應急備用水源工程是勢在必行，十分必要的。