小型水库输水洞消险设计概述

安忠伟，常志武

(佳木斯市水利勘测设计研究院，黑龙江佳木斯154002)

1 输水洞消险设计

输水洞消险设计主要包括:洞线选择、结构型式选择、水力计算。

1.1 洞线选择

小型水库输水洞消险分为维修和重建。对于维修输水洞，利用原有洞线，对原输水洞破损严重部位进行维修加固。对于重建输水洞，洞线位置应根据地形、地质条件来确定。地形上要便于布置输水洞进出口建筑物，上游应平顺，下游便于布置消能，并与下游渠道顺畅连接;地质上要求洞线无大断层及破碎带。同时，洞线还应满足水流条件好，交通连接方便，便于管理等要求。

1.2 输水洞结构形式选择

输水洞按其工作性质分为有压涵洞和无压涵洞2种，其中，有压涵洞在水库输水工程中采用较多，断面形式多为圆形和矩形。

1.3 水力计算

输水洞设计水力计算主要包括:过流能力计算及消能防冲计算。

2 工程实例设计

2.1 工程概况及现状

南华水库位于汤原县鹤立镇富胜村西北2.0 km处，松花江二级支流法斯河支流半截河上，坝址以上集雨面积29 km2，是一座以灌溉为主，兼顾防洪和养鱼等综合利用的小(1)型水库。始建于1952年，至1964年主体工程基本建成，主体工程由土坝、溢洪道和输水洞组成。由于水库大坝坝顶一直未达到设计高程，迎水坡无护坡，且经多年运行，上游坝坡坍塌破损严重，坝后无排水设施，部分坝体断面单薄;溢洪道陡坡及消力池段全部水毁破坏，边墙基础失稳;输水洞进、出口浆砌石结构老化、变形，混凝土圆涵破损严重，启闭设备及闸门老化失修，无法正常运行。

南华水库按10 a一遇洪水设计，50 a一遇洪水校核，

2.2 工程设计

由于原输水洞破损严重，本次设计拆除重建。新建输水洞布置在桩号0+037m处，由护砌段、进口段、闸室段、洞身段、消力池段及海漫段组成，洞径考虑设计流量及工程检修方便，设计断面为0.8m×1.5m(宽×高)，输水洞进口底高程按死水位条件下泄放设计灌溉流量要求并根据原设计，维持原设计126.00 m。

上游铺盖长4 m，干砌石护砌厚30 cm，其下设20 cm碎石和20 cm粗砂反滤层。

进口段为U型槽结构，长4 m，底板厚0.6 m，底高程126.00 m，宽度由3.0 m渐缩至0.8 m。

闸室段长2.4 m，闸室边墩厚度设计采用1.0 m，底板设计厚度为0.6 m。闸门采用铸铁闸门，手动螺杆式启闭机启闭。

洞身采用钢筋混凝土方涵，洞长共23.4 m，分两节:第一节长12.9 m与闸室共享底板;第二节长10.5 m。

消力池为U型槽结构，消力池净宽度由0.8 m渐扩至3.0 m，消力池总长度为14.15 m，消力池深度为0.6 m，消力池底板厚度为0.6 m。

海漫段设计长度为10 m，采用厚度为30 cm的干砌石护砌，干砌石下设20 cm碎石及20 cm碎石;海漫末端设防冲槽，槽深1.5 m。

3 水力计算

3.1 输水洞过流能力计算

根据工程实际，采用无压流长洞计算输水洞过流能力，计算公式为:

式中:σ为淹没系数;ε为侧收缩系数;m为流量系数;H0为计入行进流速水头的上游总水头;B为出口断面涵管宽。

3.2 消能防冲计算

南华水库输水洞采用底流消能型式，消能防冲计算采用以下公式:

式中:hc'为收缩水深，m;hc″为跃后水深，m;Fr为佛汝德数;△Z为出池落差。

消力池长度计算公式:

式中:Lsj为消力池长度，m;Lj为水跃长度，m;Ls为消力池斜坡投影长度，m;β为水跃长度校正系数，采用0.80。

经计算，消力池池深为0.45m，池长为11.45 m;设计取池深为0.6 m，池长为14.15 m。

海漫长度根据南京水科所经验公式计算:

式中:Lp为海漫长度，m;q'为消力池未端单宽流量，m3/s·m-1;Ks为海漫长度计算系数，根据地质资料取Ks=10;

经计算结合设计取海漫长7.9 m，末端设防冲槽。

［1］熊启钧.涵洞［M］.北京:中国水利水电出版社，2006.

［2］佳木斯市水利勘测设计研究院.黑龙江省汤原县南华水库除险加固工程初步设计［R］.佳木斯:佳木斯市水利勘测设计研究院，2010.