水库倒虹吸进口段优化设计

许琳林（北票市龙潭水库管理处，辽宁朝阳122100）

水库倒虹吸进口段优化设计

许琳林
（北票市龙潭水库管理处，辽宁朝阳122100）

结合辽宁龙潭水库倒虹吸工程施工实例，在参照施工地实际地质状况与施工条件的前提下，依照运行安全、经济合理原则，对倒虹吸进口段施工设计进行优化研究，对泄水槽位置进行了改线。经过设计优化，进口段布设更加合理，在确保运行效果的同时，降低施工成本，缩短施工周期，实现了经济效益的显著提升。

水库；倒虹吸；进口段；设计优化

1 工程概述

龙潭水库地处辽宁北票市西管乡，水库总容量3 000万m3，是一座以农业灌溉为主，兼顾水力发电、城乡供水与下游防汛的中型水利工程。倒虹吸为龙潭水库续建配套工程，距离县城20 km，主要用于下属灌区1 650 hm2耕地灌溉及周边城乡生活用水供给。整个倒虹吸工程全长8 625 m，流量设计为0.5~1.6 m3/s，最大压力水头453 m。轴线倾角2°~39°，钢管内径600~900 mm，水头较低段选用Q235型钢板制作，水头较高段选用Q345钢板制作。沿管线布设支墩1 400个，伸缩节150道，补排气阀15道、放水闸6道、分水闸4道、冲沙闸15道。整个倒虹吸由进口段、管身段与出口段三部分组成。

2 倒虹吸进口段原设计分析

倒虹吸进口段原设计包括渐变扩散段、沉沙池、冲沙闸、进水室、溢流堰、泄水道等组成构建。其中渐变扩散段与沉沙池长25 m，以梯形渐变断面联通渠道与沉砂池，底部宽度由1.5 m逐渐增大至6 m。沉砂池断面为复式斜坡型，底部高程为250.2~279 m，水面高程282.5 m。沉砂池下连进水室，由闸门段与斜坡段构成，选用C15钢筋混凝土结构，其中闸门段一道布设尺寸1 500 mm×1 500 mm的轮岗闸门，通过5t电动螺杆机进行控制。

溢流堰布设于沉砂池左侧，流量设计为2.6 m3/s，全长8 m，断面为梯形修圆堰，通过浆砌石与钢筋混凝土浇筑施工。堰后连接长350 m泄水槽，利用地形特点，选用陡槽跌坎相间的泄流方法，泄流经侧槽流入陡槽，二次消能后流入冲沟。

冲沙闸位于溢流堰右侧，布设有800 mm×800 mm轮岗闸门，3 t手动螺杆机进行控制。

3 工程问题分析

1）经由泄水槽开挖揭露显示，桩号0+256~桩号0+367段地基为大厚度松散层，抵抗水流冲刷能力较差，同时该段地势陡峭，地层稳定性低。在此地段开挖布设泄水槽，地基与边坡施工、维护费用高昂，须追加50万投资。此外，下游仍可能存在有其他不稳定安全隐患。

2）工程开测与设计时，泄水槽下游尚未冲沟河滩，但随着今年当地经济发展，泄水槽冲沟锁链河滩被开发为农田，且有部分当地居民在河滩两岸修建房屋，原有泄水轴线设计无法满足泄水安全标准。

3）工程单位希望进口水池能够对附近村庄进行生活用水与农业用水供给，需在进口水池合理增设取水口。

4）进口水池上游存在耕田土落入明渠，堵塞渠道与进口水池现象。

4 设计优化

针对上述工程问题，对水库倒虹吸周边地形再次开展全面勘测，在渠道上游450 m处发现天然冲沟一处，沟内坡降均值i=0.33，沟底宽度2~4 m，冲沟基岩为全强风化层半坚硬岩层。经验证，冲沟上段基岩稳定程度达基本稳定Ⅱ~中等稳定Ⅲ；下段基岩稳定性达基本稳定Ⅱ，同时基岩裸露性良好，具备较强抗冲刷性，仅需对局部加以修整便可满足泄水标准。因此，针对性提出将水池多余水量，通过上游450 m渠道运输至冲沟泄水的方案。此方案经详实分析研究，具备可实施性，确定为倒虹吸进口段优化方案，具体设计优化如下：4.1进口水池设计优化

修改原方案进口水池设计，去除进口水池冲沙闸、泄水槽、溢流堰三个构件，于水池上部正方向上设置取水口，选用直径600 mm伸缩蝶阀进行控制，以供给周边村庄生活及农业用水；增加水池边墙高度1 m，使其能够达到最高水位需求。原设计优化修改后，倒虹吸进口段由渐变扩散段、进水室、取水闸组共同构成。水池尺寸变位长宽高20 m×10 m×3 m，倒虹吸管道维持侧向进水。

4.2 进口水池上游明渠改造

进口水池上游明渠全长450 m，为浆砌石盘山渠，渠道断面为梯形。明渠建成于2005年，流量设计值为2.5 m3/s，底坡比1∶1 000，断面下部宽1 500 mm，渠道深度1 450 mm，边坡系数为0.2。由于明渠靠山侧地形陡峭，且渠道两侧岸堤多为农田，种有农作物，导致农田耕地土经常滑落至明渠内，引起渠道与进口水池的堵塞。为确保进口水池多余水量能够经由明渠进入冲沟内，对明渠两侧边墙进行加高作业，加高高度0.2~0.7 m，具体数值依据实地地形选择，同时对渠道进行翻拱处理，变明渠为暗渠，以有效治理渠道与进口水池的堵塞问题，翻拱结构采用圬工结构，断面为半圆形断面，拱厚为300 mm。

4.3 修建沉砂池，通过天然冲沟进行泄水冲沙

在渠道上游冲沟出修建沉沙池，位置里程为19+150 m，以确保进口水池多余水量能够经由改造后的450 m暗渠回流至沉砂池后，再经由溢流堰进入天然冲沟。新建沉砂池构成组建包括冲沙闸、溢流堰、冲沙槽三部分，依据现有渠道及天然冲沟周边地势地形，采用侧向冲沙。侧向泄水的布设方法。沉砂池修建为矩形，尺寸为长宽高12 m× 7 m×2.7 m，沉砂池内部布设侧向坡道，以确保水流流通的顺畅，并便于底部淤积泥沙可以顺利被水流带走，从而满足沉沙、冲沙、排沙要求。

溢流堰布设于沉沙池左侧，全长9 m，断面选用梯形修园型，通过浆砌石与钢筋混凝土浇筑修建；堰后连接一泄水槽渐变段，渐变段全长15 m，底部由11 m逐步缩减为2 m；渐变段后连泄槽，泄槽长宽为20 m×2 m，采用C20钢筋混凝土浇筑而成。

冲沙闸布设于溢流堰左侧，尺寸为长宽高2.5 m×2 m×3.3 m，闸口尺寸为800 mm×800 mm，布设定论钢闸门，闸门通过3t手控螺杆机进行控制，冲沙闸施工选用C15钢筋混凝土浇筑而成。经过冲沙处理的水流经由泄水槽渐变段流入泄槽后再流入天然冲沟。

4.4 优化效果分析

倒吸虹进口段，原设计经优化修改后，施工土方开挖量降低1 650 m3、石方开挖量降低3 600 m3、M7.5浆砌石施工量降低2 400 m3；M7.5浆砌毛条石拱圈使用量增加560 m3、C15混凝土使用量增加120 m3。整体对比节约施工成本55万元，缩短施工期2周。

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