小型水库无压放水洞改建为有压管道的技术应用

2021-11-26彭浩

湖南水利水电 2021年5期

彭浩

（长沙县水利局，湖南长沙 410100）

长沙县位于湖南省东部偏北，地形以岗地平原为主，自然拦蓄条件差，缺乏大型骨干蓄水工程，可利用的水资源量并不丰富。县域内无大型灌区，有中型灌区15 处，其中重点中型灌区3 处，一般中型灌区12 处。2019 年，长沙县为着重解决影响灌区骨干渠系正常运行的“卡脖子”问题，同时兼顾推进农业水价综合改革、量测水设施建设和灌区标准化规划化建设工作，积极向上级水利部门争取实施了北山灌区节水配套改造项目。

1 项目概况

北山灌区位于长沙县西北部，地处长沙、望城、汨罗3 县交界处，土地相对集中连片，是长沙县的粮食主产区。灌区建成于20 世纪70 年代，设计灌溉面积5.02万亩，是以白溪冲与英婆冲等4 座小（Ⅰ）型水库为主要水源、高低骨干渠系组成的重点中型灌区。由于灌区多条干渠傍丘岗坡地修建，穿山跨河，经过多年运行失修，存在隧洞坍塌、渡槽渗漏、倒虹吸堵塞、明渠淤积、部分渠段彻底断流现象，实际灌溉面积萎缩，部分农田“靠天吃饭”。为此，项目在前期工作阶段通过现场详细勘查和技术经济方案比选，采用低压管道替代传统渠道输水，发挥管道灌溉节水、省时、省工、省地、省电、增产增效、便于管理等优点。

项目于2019 年末开始实施，改造取水首部工程2处，铺设管道47.6 km，砌筑管井266 处，安装管道电磁流量计7 处。2020 年中项目完工即投入使用，灌溉效果明显，群众十分满意。

2 方案分析

从长沙县多年管灌项目建设经验来看，将管道与水源工程直接连通，利用小型水库（塘坝）蓄水产生的水头压力给管道进行自压供水，是管灌效益发挥最大化的关键。要实现这种管道引水方式，有以下几种方案：

1）破坝。管道破坝引水需对水源坝体进行大开挖，然后安装有压管道。这种方案需要破坏坝体，施工难度大，建设周期长，造价高，对坝体整体结构不利，存在安全风险，适合小型灌区坝体不高的水源塘坝采用。

2）倒虹吸。管道倒虹吸引水可将虹吸管埋设在坝体内外坡面上，不需要进行大范围破坝，施工简单，工期短，造价低，但需要安装抽真空设备和供电设施，运行管理难度大，对管材质量要求高，其安装高度还需要经过严格的水力计算。

3）无压放水涵管改建有压管道。放水涵管一般埋设在小型水库及塘坝坝体内，结构以箱涵或预制承插管为主，断面较小，前端有放水控制和消能设施，涵管内为无压出流。无压放水涵管改建有压管道，一种方案是将有压管道与放水管涵尾端闭缝对接，使放水涵管无压出流变为有压出流，这种取水方案虽然施工简单造价低，但改变了放水涵管的设计运行模式，易造成涵管接头（缝）承压漏水，给坝体安全带来极大风险，不建议采用。另一种方案是将有压管道从放水涵管尾端推入到前端消力井内，然后在消力井出水口处封堵有压管道与放水涵之间的空隙，放水时有压流通过消力井直接进入有压管道。实施这种方案要求放水管涵纵向笔直不能弯曲，不然易造成管壁磨损或推入失败，同时对消力井结构、进水口形式、施工人员、材料设备能否进入也有要求，只适合部分满足条件的无压放水涵管进行改建。

4）无压放水洞改建有压管道。放水洞是设在水库放水控制和消能设施下游的无压出流廊道，多为城门洞形，断面较大，可以将有压管道架设在洞内一侧，通过工程措施直接连通水库，洞内不再过水可变成检修廊道。此方案对放水设施影响小，水库整体结构无影响，安全风险低，缺点是放水洞如果纵向弯曲，会增加有压管道安装难度和固定措施工程量。

北山灌区白溪冲与英婆冲等4 座小（Ⅰ）型水库坝高在19～33 m 之间，均已完成除险加固工程建设，水库放水设施为城门洞形放水洞。根据项目情况和现状条件，经技术经济方案比选，决定采用无压放水洞改建有压管道方案。

3 技术措施

以北山灌区白溪冲水库无压放水洞改建有压管道为例。白溪冲水库集雨面积4.66 km2，坝高27.5 m，坝长156.4 m，正常库容284 万m3，坝体为均质土坝。放水洞位于右侧坝肩山体岩层内，衬砌断面为城门洞形，长度168 m，高1.8 m，宽1.2 m。放水洞前端连接消力井，尾端连接低干渠。消力井进水口为D400 圆形斜拉闸门启闭。

1）管道选型。考虑到放水洞内管道要求强度高，承受内水压力大，为避免运行事故发生，管道采用DN 400 钢管，单节长度6 m，管端焊接法兰盘，并进行全面除锈防腐处理。

2）管道运输与安装。将单根管道吊运至制作的四轮平板小车上，人工推入洞内适当位置后，在四轮平板小车上将管道滚动调整与前一根管道法兰螺孔位置对应，然后采用千斤顶将管道顶起平推至预先砌好的支墩上，再落管进行组对安装。如遇放水洞纵向弯曲段，可配合适应角度弯头连接，并砌筑镇墩固定。安装顺序按倒退式进行，直至管道安装至放水洞出口后，依次安装管道流量计、限位伸缩器、管道闸阀及自动进排气阀，起到管道量测水、检修及降低水锤影响的作用。

3）管道与斜拉闸连接。水库水位降至消力井进水口底部后，可在进水口前端进行临时围堰阻截来水，待消力井底部积水抽干后，按照设计尺寸将管道从消力井内部插入进水口，至斜拉闸基座底板孔口处进行焊接，管道另一端配合竖向弯头与放水洞内管道进行对接，焊接期间注意井内通风排烟。对于消力井内弯管应砌筑镇墩予以固定保护，可以采用砌砖墙充当镇墩外模，内扎钢筋分层浇筑混凝土。

图1 为管道在消力井和放水洞内安装剖面图。