引供水工程施工支洞综合利用技术研究

赖 勇，张永进，张宇弛

（浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002）

1 问题的提出

长距离引供水工程为实现输水隧洞“长洞短打”，往往设置较多的施工支洞，既是施工期开挖、出渣的交通工作面，也是通水和排水的通道，工程完建后，施工支洞常规均为封堵处理。有部分工程[1]考虑施工支洞的保留应用，在交汇口封堵段设置堵头，作为放空检修后的交通洞使用；也有少数工程已考虑保留施工支洞作为调压斜井[2]。但总体上应用技术水平较低，对水质的影响、改建洞段结构受力特性方面的研究相对较少。本文根据千岛湖配水工程施工支洞多用途改建设计的应用实践，对施工支洞改建应用技术进行深化和系统研究。

2 千岛湖配水工程施工支洞综合利用情况

千岛湖—闲林水库输水线路长113.22 km，重力流有压输水，输水隧洞沿线共布置34个施工支洞，总长20.36 km。工程完建后，对19个施工支洞进行综合利用，其中调压井兼检修交通洞11个、分水口2个、流量计交通洞2个、地下阀室交通洞2个、地下仓库1个、检修期交通洞1个（见表1）。

表1 施工支洞利用情况汇总表 m

3 兼做调压井及检修交通洞应用技术

3.1 结构设计要点

施工支洞运行期作为调压井以及放空后人员进出的检修期交通洞时，除满足施工支洞在施工期本身的出渣运输及通风、排水要求外，还必须同时满足运行期的应用功能要求，具体包括：

（1）支洞纵坡不宜过陡。考虑运行期放空后检修的交通通道纵坡要求，施工支洞的局部坡比不宜陡于9%，间隔不超过150 m需设置一定的平坡段，洞底防滑设计。

（2）支洞洞口高程。既高于洞口外的设计洪水位要求，防止洞口外存在水系时，山洪进入输水隧洞；又高于洞内可能达到的最高水位，避免调压时溢流；另外，洞口段围岩透水性较大时，还需注意洞口段衬砌防渗设计，减少内水外渗。

（3）结构防护标准。改建为调压井的施工支洞与输水隧洞水体直接连通，工程等级、结构设计宜参照输水隧洞的衬砌标准。

当施工支洞与输水隧洞交汇口埋深较大，而作为调压井利用的施工支洞洞口高程较高时，为了满足上述要求（1）和（2），可能造成施工支洞加长、出渣不便，这时可采用高低配洞口组合方案。即在施工支洞中部再设施工支洞，高洞口作为完建后的调压井洞口，低洞口为临时支洞口，完工时在分叉口封堵，平面布置见图1。

图1 调压井高低配洞口组合方案图

3.2 对水质的影响分析

由于调压井洞口高、交汇口低，与输水隧洞水体交换程度低，故当洞内水位恒定时，理论上水体不循环，长时间运行后，如果水质变差，将导致水位降低时劣质水掺杂到输水隧洞水体内。因此，对千岛湖配水工程调压井表层水体水质与输水隧洞水体水质同时进行监测，结果显示：调压井表层水体除pH值较输水隧洞水体略高外，浊度、总氮、溶解氧、氨氮、总磷等指标基本无变化。

3.3 运营期监测布置

兼做调压井的施工支洞是进行运行期水位监测的绝佳通道，除了可在洞壁布置水尺，方便人工测读水位外，布置渗压计自动测报水位意义重大。

由于洞内水位波动范围大，整体纵坡较缓，浮子式水位计容易卡阻，采用渗压计进行自动监测较为妥当。固定在洞壁上洞内最低水位以下的水位计，在施工期或放空检修期可人工进行更换和率定，运行期则更换难度大。为此，千岛湖配水工程采用浙江省水利水电勘测设计院的专利技术，一种用于缓坡斜井的压力计安放装置，利用尼龙滑块配重和套管内水柱重力下滑，利用钢丝绳牵引取出，整个压力计的安装、率定及更换无需放空输水隧洞，对工程运行无影响，可用于坡度缓至5%的缓坡斜井水压自动监测。压力计安装结构见图2。

图2 调压井内的压力计安装结构示意图

4 改建分水口应用技术

施工支洞改建为分水口时，有2类改建方式：一类是利用整个支洞断面过流，常用于分水流量较大的情况；另一类是采用支洞内置管道的方式，此时主支洞交汇口需设置堵头。有压输水隧洞采用第二类布置方式较多，典型结构见图3。

本布置方案需注意以下问题：

（1）为避免对施工支洞进行衬砌，以及设置通风、照明和排水设施，建议分水口控制设施布置于施工支洞外；

（2）倒坡入洞的分水口应在钢管最高点布置排气阀；

（3）洞内管道需外包钢筋混凝土，以防止长时间运行后，洞内塌方砸坏供水管；

（4）内置管道直径小于1.0 m时，由于内壁环向焊缝防腐涂层现场施工质量难以保证，应避免采用镀锌钢管，尽量采用不锈钢管或PE管。

图3 分水口典型布置图

5 改建交通洞及地下仓库应用技术

当隧洞地表建筑物布置节制闸和检修闸征地困难时，利用施工支洞在主支洞交汇口设置节制阀或检修阀是可行的方案。可改建为交通洞，也可利用施工支洞部分洞段作为地下仓库使用。

5.1 改建交通洞

改建交通洞的主支洞交汇口需扩大开挖为地下阀室，阀室内布置截止阀或检修阀。改建交通洞除满足作为施工支洞在施工期本身的出渣运输及通风、排水要求外，还必须同时满足运行期的交通、照明、通风、排水等功能要求（见图4）。

图4 改建交通洞典型断面图

具体设计要点包括：

（1）纵坡不宜过陡。考虑运行期检修截止阀或检修阀的交通通道纵坡要求，施工支洞的局部坡比不宜陡于9%，间隔不超过150 m需设置一定的平坡段，洞底防滑设计。

（2）断面结构尺寸不宜太小。一是满足地下检修阀室的运行需求，需要检修交通洞布置通风管道、排水管道、电缆桥架、排水沟、照明等设备；二是要满足截止阀或检修阀内外运输最小断面；三是局部洞段考虑不良地质段二次混凝土衬砌。因此，改建交通洞断面结构尺寸应满足二次混凝土衬砌完成，布置相应管道后仍能够运输截止阀或检修阀。

（3）结构防护标准。改建交通洞底板需全部二次混凝土衬砌，边顶拱可根据围岩地质情况选择是否二次混凝土衬砌。

5.2 改建地下仓库

施工支洞改建地下仓库，在需要改建洞段的末端设置封堵体及灌浆廊道，防止洞内水绕渗至地下仓库内，同时在灌浆廊道前段设置集水井。地下仓库设备尽可能放置于离洞口较近的洞段，值得注意的是，通风管道需要延伸至封堵体及灌浆廊道附近。

6 结 语

千岛湖配水工程已于2019年9月底正式通水运行，本着节约利用的原则，部分施工支洞在设计之初就结合综合利用工程进行布置，调压井群在隧洞首次充排水过程中起到了排气和巡检的重要作用。总结有关综合利用情况，主要成功经验如下：

（1）施工支洞本身洞口高程较高且上下游输水隧洞较长时，作为运行期调压井和放空检修期交通洞的使用价值较大，应尽量给予保留。

（2）输水隧洞首端和末端的第一个施工支洞改建为流量计交通洞，用于安装流量计，作为引水流量和供水流量的依据，对于判别隧洞渗漏或损失情况意义重大。

（3）改建为分水口的施工支洞，相关分水控制设施设置尽量布置在洞口，洞内钢管考虑耐久性要求外包混凝土处理。

（4）靠近城市或集镇的施工支洞， 即使从安全考虑需要封堵，也可改建为带堵头的交通洞或洞口段局部保留作为地下仓库。