浙江省引调水工程特点与技术创新

2022-10-09张永进谢宇琦

浙江水利科技 2022年5期

张永进，赖勇，何伟，胡勇，谢宇琦

（浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江杭州 310002）

1 问题的提出

浙江省是我国经济发达省份，跨入新世纪以来，为解决水资源分布不均的问题，大力发展省内引水工程的建设，先后完成赵山渡引水工程、横锦水库引水工程、汤浦水库引水工程，老虎潭水库引水工程、宁波白溪水库引水工程、舟山大陆引水一期及二期工程、楠溪江供水工程、浙东引水萧山枢纽工程等一大批浙江省内乃至国内著名的引调水工程勘测设计。横锦水库引水工程每年可向义乌供水5 000万m3，是全国首例跨地区水权交易工程[1]，为世界小商品市场义乌市中长期发展提供强劲的水资源支撑。舟山大陆引水工程共分三期实施，跨海管道[2]是迄今世界最长、最大的跨海管道输水工程。

近几年，浙江省在“五水共治”保供水的大背景下，又接连开工建设了杭州市第二水源千岛湖配水工程[3]、宁波市水库群联网联调（西线）工程[4]、嘉兴市域外配水工程（杭州方向）[5]、舟山大陆引水三期工程、丽水市滩坑引水工程、温州市瓯江引水工程等一大批省内有着重大影响力的引调水工程，既有典型的山区隧洞、平原管道、跨海管道等工程，工程类型广泛，又涉及钻爆法、盾构、TBM、顶管、埋管、浅埋暗挖等施工方法，施工手段丰富，在精细化方面位于国内引调水工程[6-9]设计前列，新技术应用包括：

（1）杭州市第二水源千岛湖配水工程中采用的井库流量补偿配水、环保型电站调流调压、施工支洞改建斜井调压等技术；

（2）嘉兴市域外配水工程（杭州方向）中应用的盾构隧洞内部敷设钢管技术；

（3）温州市瓯江引水工程中采用的调蓄调压地下洞库、输水隧洞“一洞双仓”输水技术；

（4）在引调水工程管理中已普遍应用的信息化技术。其中千岛湖配水工程已将全线节点全部用BIM建模，实现24 h监控、远程操控，数据可实时反馈等功能，在引调水工程数字孪生上迈出了坚实的一步。

2 浙江省引调水工程概况及技术特点

浙江省近年来建设的引调水工程基本情况见表1。各工程主要建筑物布置及结构特征如下。

表1 浙江省近年来建设的引调水工程基本情况一览表

2.1 杭州市第二水源千岛湖配水工程

工程从千岛湖引水至杭州闲林水库，线路布置见图1。主要建筑物包括千岛湖进水口、输水隧洞（含埋管、事故检修闸、事故检修阀、调压井等）、分水口、闲林出口流量控制及调压设施、闲林水库取水口等。

图1 千岛湖配水工程平面图

该工程为山区隧洞典型工程，输水系统末端首创运用井库流量补偿配水[10]、环保型电站调流调压[11]等技术，提高系统安全保障；输水隧洞衬砌采用诱导缝[12-13]，破解了C30混凝土分缝长度过大易出现环向裂缝、分缝长度过小又影响施工进度的难题；施工支洞被大量保留改建综合利用[14]，11个施工支洞群兼做运行期调压斜井及检修期交通洞[15]，施工支洞被改建为检修阀交通洞、流量计交通洞各2个。工程中还应用了自浮式拦污漂[16]、井塔分离式进水口[17]、单向排水减压阀等技术[18]。

2.2 宁波市水库群联网联调（西线）工程

工程位于宁波市奉化和鄞州西部山区，主要由钦寸水库亭下—宁波引水工程、溪下水库引水工程、皎口水库—溪下水库连通工程、东西线（岭脚至萧镇段）连通工程4部分组成，一期工程不含皎口水库—溪下水库连通工程。

该工程是多水源联调典型工程，通过多水库联调运行，项目水资源利用效益可观，每年可增加水库优质水资源供给量约3 500万m3，相当于不占一寸土地，为宁波市新建了1座中型水库。

2.3 嘉兴市域外配水工程（杭州方向）

工程取水口为闲林配水井，通过隧洞、管道、泵站输送千岛湖原水，杭州段重力自流，嘉兴段通过泵站加压供水，线路布置见图2。

图2 嘉兴市域外配水工程（杭州方向）平面图

该工程位于经济高度发达的杭嘉湖平原，杭州段主要沿绕城高速在城区布置，施工影响和结构安全要求高，工程沿线穿越大量的铁路、公路、航道、天然气、给排水、规划限制区等专项设施，穿越的控制要求高。工程主要沿高速公路绿化带布置，管线型式包括盾构隧洞、埋管、顶管、定向钻、倒虹吸管、管桥等。创新技术包括：①盾构隧洞内部敷设钢管技术[19]，在减少穿越影响的同时，盾构内钢管外空间还提供综合管廊的综合空间。②采用多排、多层顶管及大口径钢制拖拉管道施工技术，解决建筑密集区的管道埋设难题。③采用溢流式双向补压塔结构[20]，解决重力流与泵站加压流频繁切换调度中的水力过渡过程问题。

2.4 舟山大陆引水三期工程

工程地跨宁波市、舟山本岛2地，横穿宁波与舟山之间的灰鳖洋，以及舟山群岛之间的岱衢洋、崎头洋等海域。取水口位于宁波市郊李溪渡村附近的姚江河道，输水管线途经宁波内陆、灰鳖洋海域后至舟山本岛黄金湾调节水库，再输配水至本岛主要水厂及周边主要岛屿，工程布置见图3。

图3 舟山大陆引水三期工程平面图

该工程是跨海输水管道典型工程，管道总长约168.5 km、直径1.2 m，是迄今世界最长、最大的跨海管道输水工程。

2.5 丽水市滩坑引水工程

自滩坑水库引水至胡村水库，主要建筑物包括滩坑水库进水口、输水隧洞（含埋管、分水口等）、胡村调流加压泵站。进水口设置在下塘村附近，引水隧洞自进水口向北，经底坑、满头垒、沙坑、大丘至上垟接埋管并预留分水口，向北经过金村、乌阴坑并设预留分水口，出口接胡村调流加压泵站。输水线路总长32.04 km，城门洞型隧洞，开挖洞径3.5 m×3.5 m（宽×高）。

该工程也是典型山区隧洞，总长约32 km的输水线路除长度250 m的上垟埋管外均为隧洞。工程有取低温水的要求，进水口底高程111.00 m，根据实测资料，该高程水温约12.6 ℃。水库正常蓄水位160.0 m，由于滩坑水库是大型水库，不会因为引水工程进水口施工而降低水位。根据近年来运行情况，水库低水位在155.0 m左右，预计爆破时进水口水深约44.0 m，故进水口需采用深水岩塞爆破。

2.6 温州市瓯江引水工程

工程自瓯江引水至温州城区，线路布置见图4。主要建筑物包括渡船头取水枢纽、瓯江翻水站取水枢纽、渡船头—丰台输水建筑物（含输水隧洞、埋管、顶管、调压井、控制阀、南村加压泵站、泽雅调流站等）及分水口。

图4 温州市瓯江引水工程平面图

该工程是浙江省内长距离输水施工手段最齐全的工程，包括钻爆法隧洞、水磨钻隧洞、盾构隧洞、TBM隧洞、顶管、埋管、竖井、深基坑等。工程主要创新点：①双取水口取水：新建渡船头取水口，候瓯江清水、候青田水利枢纽发电取水，承担灌溉、河道水网补水任务，最大引水流量50 m3/s；利用已建翻水站取水口，承担温州市城镇供水备用水源任务，最大引水流量15 m3/s；②首部设置调压调蓄地下洞库既满足感潮河道候潮取水、蓄清冲淤，改善泵后水力过渡条件[21-22]的要求，又避免泵后设置高位调节池征地难的政策处理问题。③线路中部“一洞双仓”输水，通过沿压力输水隧洞内部内置钢管[23]，解决了优质水与河道水联合输送，通道难以布置的问题；④压力输水满足多目标供水要求：渡垟隧洞下游线路采用有压输水，满足沿线15个分水口灵活调度要求。

3 新技术发展与创新

近年来浙江省引调水工程技术创新较多，内容涵盖长距离引水系统工程系统布置、系统调流调压调蓄、结构安全、施工安全、分质输水、智慧管理等方面，部分特色创新技术如下。

3.1 井库流量补偿配水技术

千岛湖配水工程采用的井库流量补偿配水系统[24]是对传统的多水源串联、并联配水模式的重大创新，可发挥上下游水库效益最大化的优势。与传统的将上游水库水引入下游水库，再从下游水库取水向城市供水的串联模式相比，这一配水系统的配水方式具有以下明显优势：一是配水井可直接向下游输水，形成井内水位低于闲林水库水位的运行模式，发挥上游输水隧洞输水潜能，又能维持闲林水库正常水位运行，实现2个工程效益的最大化；二是通过配水井与闲林水库连通闸的启闭组合，可实现单水源向下游供水、双水源向下游供水、千岛湖同时向下游供水及向闲林水库补水等运行模式，运行灵活。图5为系统布置概化图。

图5 井库流量补偿系统布置概化图

3.2 环保型电站调流调压技术

引调水工程流量通常比较稳定，在地形高差交叉，输水系统水头富余较大时，以环保型能源回收电站作为调流调压设施[11]不仅可提高调流调压设施的耐久性，而且可以获取发电副效益，千岛湖配水工程中采用环保型发电机组与流量调节阀、控制闸综合调流调压，实现调流设施多层次互备互补的功能。环保型机组设计要点为选用卧式混流水轮发电机组，使机组油润滑系统、油压系统不与水体接触；机组的轴承冷却供水采用循环水系统，确保轴承冷却水不进入电站尾水；发电机采用空-水冷却方式，冷却水管网独立密闭；系统设计优化后的机组可以严格保障原水水质。

3.3 施工支洞改建调压斜井技术

施工支洞是工程建设期实现长距离隧洞“长洞短打”的临时工程，一般在工程完建时封堵，结合地形条件，将施工支洞保留改建为调压斜井，水平截面大，较竖井调压效果好，消除长距离输水隧洞水力过渡过程中的水锤影响效果明显。隧洞放空检修期车辆还可直接驶入，提高检修效率的优点。改建调压斜井的施工支洞设计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[14]，具体包括：

（1）支洞纵坡不宜过陡。考虑运行期放空检修后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）支洞洞口高程既要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，又要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）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。

3.4 盾构隧洞内部敷设钢管技术

经济高度发达的平原管网密集，埋管明挖施工限制条件大，租用已有的地铁盾构设备采用暗挖施工，盾构隧洞内部敷设钢管[19]，不仅避免平原管网管道施工的政策处理难题，而且盾构隧洞内空间利用率高，运行维护方便，施工安装快捷，隧洞中剩余空间可实现综合管廊功能，典型结构布置见图6。

图6 盾构隧洞内部敷设钢管结构断面图单位：cm

3.5 地下洞库调蓄调压技术

调压井或调蓄水库不可避免需占用较大土地。在温州市瓯江引水工程中，利用下游输水隧洞，首部1.2 km洞段扩大洞径兼做狭长的无压洞型地下洞库，既可调压调蓄、候潮取水、候发电取水，又可促进泥沙沉淀，减少下游输水隧洞的淤积。地下洞库布置由无压洞、进水管、洞口混凝土堵头、集沙坑、排淤管、通气孔等组成。这一技术方案还可减少建设征地，洞径扩挖多出的石方主要为新鲜岩石，可用于轧制混凝土骨料，不会造成弃渣增加，对于经济和社会效益也有显著提升。

3.6 “一洞双仓”输水技术

多水源多目标输水时，为实现“分质引水、优水优用”，常设置多套管道系统分别输送，即供水水源与河道环境用水都通过独立的输水管线进行输水，在受水区域相同、输水线路相近时，多条输水管线面临抢占线路、重复交叉的困境，特别是引水流量较小时，为保证引水水质而单设1套管道系统也非常不经济。温州市瓯江引水工程考虑泽雅水库乃至今后小溪引水优质水源的输送问题，采用洞内内置钢管的“一洞双仓”输水技术[23]，这一技术的关键点在于解决深埋隧洞内置钢管的流量控制、排水、排气以及检修问题。

3.7 信息化技术应用

浙江省引调水工程综合管理智慧平台基本已实现无人值守、系统整合、保障工程安全、辅助决策的功能，个别项目如千岛湖配水工程已将全线节点采用BIM建模，实现24 h监控、远程操控、数据可实时反馈系统等功能，在引调水工程数字孪生上迈出了坚实的一步。引调水工程总体建设内容应包括物联感知体系建设、网信基础建设、实体环境建设、软件平台建设等。物联感知体系建设包含工程安全监测、水雨情监测、水质监测、管道流量监测、管道安全监测、设备状态监测、环境监测以及安全防范体系等内容。