水库输水洞除险加固设计技术探讨

王小兵

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，乌鲁木齐830000）

水库输水洞除险加固设计技术探讨

王小兵

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，乌鲁木齐830000）

通过对输水洞除险加固方案的确定，提出了在输水洞出口下部与泄洪渠相接处，采用相应的护砌与消能措施的技术措施，在输水洞出口处设置消力池，以防止岩石的进一步风化及泄洪渠底面的进一步冲蚀。工程实践证明，该技术措施治漏效果明显，确保了水库输水洞的正常运行，可以最大限度的解除水患，为农业生产带来便利，提高水库抵抗水旱灾害的能力，保证了水库周边居民的安全，有力的促进农民增收和农业发展。

输水洞；除险加固；消力池；海漫

1 工程概况

某水库枢纽工程由拦河坝、溢洪道、输水洞3部分组成。水库输水洞为直径1.5m的有压隧洞，进口洞底高程535.85m，洞长86.00m，出口高程532.81m。输水洞进口有启闭塔一座，其断面4m2×4m2，安装工作闸门一扇，并配有螺杆启闭机。输水洞进口设启闭塔工作闸门1个，最大泄量17.00m3／s。输水洞位置在拦河坝右侧，但是输水洞进口启闭机启闭困难，闸门漏水；输水洞出口没有消力池，冲坑越来越深，冲坑面积越来越大；输水洞泄洪渠没有保护措施，不断吞噬耕地，且威胁左侧居民。

2 输水洞除险加固方案

2.1 输水洞除险加固方案确定

输水洞的除险加固方案主要为：①在输水洞的出口出设置消力池能将急流转变成缓流；②对已不能正常运行的输水洞进口闸门及启闭机进行重新安装更换。

1）衔接段翼墙。位于输水洞出口处的平台，需要修建钢筋混凝土翼墙进行衔接。

2）消力池。在输水洞下游处修建，消力池底板高程为525.05 m，宽度为10 m，长度为22 m，在消力池两边构筑一个高5.6 m的高挡土墙，河道处理方式采用土方回填的方式，并对翼墙以上土体按1∶1.5进行削坡。

3）在消力池下游需要修建海漫。海漫底板高程为526.65 m，宽度为10 m，长度31 m，海漫两侧前段5 m钢筋混凝土翼墙，墙高由4 m降至2 m，后段长26 m，为浆砌石结构，海漫两侧的处理方式采用土方回填，并对翼墙以上土体按1∶1.5进行削坡［1］。

3 输水洞除险加固设计

3.1 水力计算

1）输水洞水位参数。水库水位见表1。

表1 水库水位

2）输水洞过流能力计算。输水洞过流能力按照无压流公式计算：

式中：Q为输水洞过流量，m3／s；B为洞宽，m，取1.2 m；H0为行进流速在内的进口的水深，m；g为重力加速度，g＝9.8 m／s2；hs为输水洞进口内水深；m为流量系数，可取值m＝0.36；ε＝0.95；σ为淹没系数；v为上游行进流速，m／s；经过计算可得：Q＝0.87 m3／s＞0.8 m3／s。

3.2 输水洞消力池设计

3.2.1 消能型式的选择

该水库输水洞为有压式隧洞，单宽流量、流速及设计水头较大，为了选择在经济上合理、技术上可行的方案，将消力槛和消力池做了方案对比，主要工程量及投资情况见表2。由表1可以看出，消力池方案具有较大的经济优势，故采用消力池的消能方式。

表2 消力槛与消力池方案对比表

3.2.2 输水洞消力池消能计算

1）鼻坎距闸下水流收缩断面的距离计算：

式中：h、v分别为鼻坎出口断面的水深和流速；θs为水舌射出角；S为鼻坎顶点与下游水面的高差；g为重力加速度。经过计算得鼻坎距闸下水流收缩断面的距离：Xp＝11.69 m。

2）输水洞消能据《涵闸水力计算》，消力池按照下列公式计算：

式中：T0为上游水头，m；q为单宽流量，m3／s；h″为跃后水深，m；φ为流速系数。

经过计算得：h′＝0.097；h″＝2.275；h″＞hσ，所以，在输水洞出口处需要设置消力池。

3.2.3 消力池深度设计

1）输水洞消力池深度按照计算公式：

d0＝1.25（h″－hσ）＝1.598 m，此处消力池深度选取d0＝1.60 m。

2）消力池深度稳定性验算：

T0＝H＋d0＝17.35 m；

3.2.4 消力池长度设计

1）消力池水跃计算：

消力池水跃高度：a＝h″－h′

经过计算得：a＝2.247 m，ln＝10.883 m。

2）消力池长度计算：

式中：lk为消力池长度；β为水跃长度校正系数，可采取0.7～0.8。经过计算得消力池长度为lk＝20.396 m，实际工程选取lk＝22 m。

3.3 输水池海漫长度设计

海漫长度按照以下公式计算：

式中：Lp为海漫长度，m；qs为消力池末端单宽流量，m3／s；Ks为海漫长度计算系数。经过计算得Lp为30.74，实际海漫长度选取为31 m。

4 输水洞除险加固施工设计

1）衔接段翼墙。输水洞出口处有一平台，需要修建钢筋混凝土翼墙。墙高为1.5 m，上顶宽为0.3 m，下底宽为0.5 m。

2）消力池施工设计。在输水洞左岸设移动拌合场，用0.4 m3搅拌机拌料，用5 t汽车吊斗入仓。人工现场绑扎钢筋、支模板，平仓内混凝土，用1.1 kW棒式振捣器振捣，养生28 d。

3）海漫施工设计。由于海漫两侧的挡土墙高度需要从4 m渐变到2 m，渐变段采用C20钢筋混凝土结构，长度为5 m，上顶宽0.3 m，下底宽由0.9 m渐变到0.6 m；海漫的其余部分采用浆砌石结构，长度为26 m，上顶宽0.5 m，下底宽1.5 m。为了使两岸的边坡稳定，需要对海漫两岸进行土方回填，并对翼墙以上土体按1∶1.5进行削坡。

［1］张海波.剖析巨龙湖水库除险加固中的输水洞设计［J］.黑龙江水利科技，2013，41（12），48－60.

TV697.3

C

1007－7596（2015）05－0061－02

2014－10－31

王小兵（1982－），男，甘肃天水人，工程师，从事水文地质研究工作。