新建隧洞在水库放水系统除险加固中的应用

雷赞舟

（福建江隆水利水电工程有限公司 福建 龙岩 364000）

1 概述

双丰水库地处上杭县旧县乡梅溪村，坝址位于旧县河右岸支流梅溪上游，距旧县乡5km。设计灌溉农田1400亩，是一个以灌溉为主兼顾养殖的小（2）型水库。主要建筑物有大坝、溢洪道、放水箱涵等组成，防洪标准为20年一遇设计，300年一遇校核，坝型为均质土坝。属V等工程，大坝等主要永久建筑物级别为5级。

坝址以上流域面积1.5km2，正常蓄水位 250.40m，相应库容 29.04万 m3；设计洪水位 （P=3.33%）251.86m，相应库容35.33万m3，设计下泄流量24.0m3/s；校核洪水位 （P=0.33%）252.28m，相应库容37.24万m3，校核下泄流量35.0m3/s。死水位239.20m，相应库容0.50万m3，兴利库容28.54万m3，防洪库容8.2万m3，总库容 37.24万m3。

大坝为粘土心墙坝，坝顶高程253.70m，最大坝高21.22m，坝顶长62.5m，坝顶宽5.2m。溢洪道为宽顶堰式，布置在大坝左岸哑口，堰顶高程为250.40m，堰顶总宽度7.1m，侧墙高2.38m。放水建筑物为无压浆砌块石箱涵，位于右侧坝体中，总长88.3m，宽 0.4m，高 0.6m，坡降 2‰，放水采用卧管控制，进水口底高程为239.20m。进口孔径0.3m，设计最大放水流量0.18m3/s。

双丰水库于1959年1月破土动工，1965年5月竣工开始蓄水，建成后，为下游灌区供水和养殖发挥了巨大作用，取得了良好的经济效益和社会效益，有力促进了地方经济的发展。但工程运行40多年，由于建设时期具体的历史年代及当时受技术和经济条件所限，缺乏设计和施工经验，水库枢纽工程三大建筑物的结构设计没有经过严格的科学论证。运行过程中虽经多次局部维修加固改造，但效果一般。工程一些重要建筑物，如大坝、溢洪道、放水系统建筑物等不同程度出现了安全隐患，危及水库的正常运行，需要进行除险加固。放水系统加固改造工程是2012年双丰水库除险加固主要项目之一。

2 加固方案

2.1 加固方案的地质

双丰水库地处玳瑁山脉南西侧，属中-低山丘陵地貌，北高南低，植被茂盛。沟谷呈北西～南东向，“V”字型分布。河床比降较大，左岸山峰麟龙股标高300m，右岸最高山峰为观音坐莲，标高370m，两岸山体坡度20°～25°。水库最低侵蚀基准面位于南东处，标高233.02m，相对高差136.8m。

工程区附近出露的基岩为石炭系下统林地组（C1l）浅黄色、灰绿色粉砂岩。覆盖层为全新统残坡积层（Qdel），主要分布于丘陵地貌上的山前坡地和河谷台地，主要为砂质粘土、含角砾粘质砂土及碎石等，大多呈灰白～紫红色，地表可见厚度2m～4m之间，其下与基岩呈过渡关系。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）划分，工程区地震峰值加速度为＜0.05g，场地地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。

工程区地下水为孔隙性和裂隙性潜水，孔隙水主要分布在残坡积层中；裂隙水主要分布于断裂破碎带及泥质粉砂岩裂隙中。工程区地表水为弱碱性水，对混凝土及钢筋均无腐蚀性。

放水箱涵四周为人工填筑坝体素填土覆盖。新建放水隧洞地表有0.5m～2.0m第四系粉质粘土覆盖层，进出口边坡均较平缓，开挖时应注意边坡防患，洞身岩石为弱风化粉砂岩，裂隙NW275°和NE27°两组，岩石致密坚硬，均位于地下水位之下，受构造影响部分岩体较破碎，断层、裂隙密集带的地下水较为发育。岩体稳定性好，承载力高，适宜隧洞开挖。

2.2 加固方案的选择

双丰水库放水系统由进口段、放水段和启闭机房等组成，由斜拉闸门控制放水。根据双丰水库放水系统的特性，加固设计拟考虑定向钻进套管、新建放水隧洞、套管三个方案进行比选。以上拟定的方案比较只考虑放水段及封堵。

方案一：定向钻进套管方案

定向钻进是一种装定向钻机设在地面上，在表层开槽、清除杂填土后，采用雷达探测仪导向，控制钻头按管道设计轴线钻进，经多级扩孔后，将管道回拉就位，完成管道铺设的施工方法。

定向钻进的工作原理是采用定向钻进技术，按设计的钻孔轨迹施工一个导向孔，先导孔完成后，在钻杆柱端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺设管线，在拉回钻杆的同时将先导孔扩大，随后拉入需铺设的管道。在钻掘导向孔的过程中，利用膨润土、水、气混合物来润滑、冷却和运载切削的土至地面。钻头上安装了定向测控仪，可改变钻头的倾斜角度。

该方案设计采用水泥沙浆充填原放水箱涵，并于输水涵管左侧1.0m布置定向钻进孔，采用DN300PE管衬套。管进出口高程均按原有高程。输水涵管定向钻进长约88.3m。

方案二：新建放水隧洞方案

新建放水隧洞轴线拟定在大坝右岸山体，距大坝约30m。隧洞段长95.727m，进水口底高程为239.20m，坡降2‰，为城门洞型。开挖断面尺寸1.8m×2m，衬砌后断面尺寸1.2m×1.4m，顶部为半圆，半径0.6m。同时进出口边坡进行喷护。

由于旧涵管断面较小，涵管较长，人工较难进入，为此采用泵送M7.5砂浆进行封堵。先拆除原进水口及进口段前部6.2m，并在进水口设C15砼堵头和C15砼闷头，从出水口预埋一根φ7.5灌浆钢管和一根φ7.5通气钢管至进水口处闷头，然后在出水口设C15砼堵头和C15砼闷头，在下游用灌浆泵通过预埋的灌浆钢管进行封堵。

表1 三种方案综合比较表

方案三：原涵洞套管方案

原放水箱涵均为0.6m×0.4m的浆砌石箱涵，设计拆除原输水涵洞位置进口端涵洞3.0m，衬套DN300的PE管，长约88.3m，采用C20砼封堵涵洞两侧，封堵长度2.0m，涵洞与套管缝隙采用水泥砂浆充填。

三种方案对比情况如表1。

根据表1可知，方案一投资较为经济，工期适中，工艺要求高，施工对坝体影响较小，但是套管与钻孔间存在较大缝隙，存在渗漏问题且处理难度较大；方案二投资较大，工期较长，施工对坝体无影响，但是新建放水隧洞可靠性高，可彻底处理渗漏问题；方案三投资较少，工期较短，但是原放水涵洞尺寸偏小，对涵洞套管易产生卡孔，施工难度较大、存在渗漏问题且处理难等问题，由于原设计资料缺失，又有很多不确定因素存在。

综上所述，从工程的安全性等方面考虑，本阶段推荐采用方案二——新建放水隧洞方案对放水系统进行加固。

3 结语

2012年双丰水库放水系统除险加固已竣工，目前放水隧洞运行正常。采用新建隧洞解决原放水系统渗漏及保证灌溉用水问题的作用是成功的。

由于我国早期建隧洞的技术水平不足，土坝放水系统基本以置于坝体放水箱涵为主，运行多年后，大部分土坝中放水箱涵都因接触面薄弱，导致渗漏问题。因此必须采用切实可行除险加固的措施以解决放水箱涵的渗漏问题。目前我国建隧洞技术水平先进及施工经验成熟，因此在早期土坝中放水系统除险加固中采用新建隧洞方案是解决渗漏问题主要方法之一，可以推广使用。陕西水利