猴山水庫(kù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邵明貴,王立明,孫艷銘

(1.遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,沈陽(yáng) 110006;2.遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司,沈陽(yáng) 110179)

1 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 引水壩段設(shè)計(jì)

引水壩段位于溢流壩段與擋水壩段之間,壩段長(zhǎng)19.00 m,壩頂寬度11.40 m,壩體上游面豎直,壩體下游邊坡為 1∶0.72,壩高為52.00m,壩底寬度為32.00m。

引水壩段取水口的布置考慮了最低死水位的取水要求及水質(zhì)條件,引水方式采用分層式取水。壩體在垂直方向錯(cuò)位布置了 2層取水口,每層設(shè) 1根取水鋼管,鋼管直徑為D N1800。底層取水口考慮最低水位供水要求位于死水位之下,并保證最小淹沒(méi)深度,同時(shí)又必須位于淤沙高程之上,最后選取進(jìn)水口位于淤沙高程之上1.0m,可以滿足各方面要求。上層取水口為主要取水口,考慮供水保證率與水質(zhì)要求位于水庫(kù)常遇水位之下10 m。

每層取水口均設(shè)有攔污柵、檢修閘門(mén)、工作閘門(mén)和直徑D N1800的壓力引水鋼管。各層取水口引水鋼管交匯于壩體內(nèi)下游側(cè)的引水總管,由引水總管再向下游引出 2根鋼管,將水送入下游側(cè)的配水閥室,其中 1根鋼管直徑為 D N1800,用于城市與工業(yè)供水與輸水隧洞相接,另外 1根鋼管直徑為D N1000,用于下游環(huán)境、農(nóng)業(yè)用水。檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)均采用壩上移動(dòng)門(mén)機(jī)啟閉。配水閥室內(nèi)每根鋼管均設(shè)有錐形閥,用于減壓消能和調(diào)節(jié)供水流量。

1.2 引水隧洞

1.2.1 輸水隧洞洞線的選擇

猴山水庫(kù)至大風(fēng)口水庫(kù)的輸水路線,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查確定二條線路:

1)引水壩段接隧洞方案

引水壩段引水后,通過(guò)引水鋼管與輸水隧洞連接。引水隧洞進(jìn)口位于猴山水庫(kù)主壩下游70 m的狗河右岸,隧洞出口位于大風(fēng)口水庫(kù)主壩上游1 500 m,大風(fēng)口水庫(kù)北側(cè)一溝谷內(nèi)山體前緣。隧洞長(zhǎng)6.36 k m,工程投資為 0.8億元。

2)庫(kù)區(qū)內(nèi)建取水口接隧洞

1.2.2 隧洞洞涇確定

隧洞設(shè)計(jì)引水流量為9.4萬(wàn)m3/d。因?yàn)樵O(shè)計(jì)引水流量很小,如果只是考慮引水流量的要求,引水隧洞斷面為1.5m×1.8 m就可以滿足要求。本工程隧洞較長(zhǎng),如果斷面過(guò)小,施工出渣比較困難,就需要修建很多支洞出渣。通過(guò)勘查隧洞沿線只有兩處適合修建支洞,支洞間距為2.5k m,隧洞斷面過(guò)小勢(shì)必會(huì)影響隧洞的施工工期,從而增加工程的投資。因此本工程的隧洞洞涇的確定,應(yīng)綜合考慮引水流量、隧洞的開(kāi)鑿,隧洞出渣、施工工期等方面的因素,并進(jìn)行綜合比較。經(jīng)綜合考慮隧洞的施工斷面型式為城門(mén)洞型,底寬為3.2 m,高為3.535 m,襯砌后隧洞斷面為2.2m×2.235 m,底寬2.2 m,直墻高1.60 m,拱半徑1.27 m,圓拱直墻斷面,圓心角 120°。施工斷面布置如圖 1。

1.2.3 隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 支護(hù)設(shè)計(jì)原則

隧洞設(shè)計(jì)采用“新奧法”,依據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》、《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,噴錨支護(hù)作為初期支護(hù)。

為減少工程明挖造成工程占地范圍較大、對(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重、管道連接段覆土過(guò)深造成管材增加等諸多不利影響,隧洞進(jìn)出口均設(shè)置在強(qiáng)風(fēng)化巖層中,進(jìn)出口段設(shè)置鋼支撐+噴射混凝土進(jìn)行初期支護(hù),永久支護(hù)采用鋼筋混凝土襯砌,混凝土厚度0.4 m。

圖 1 施工斷面布置圖

斷層破碎帶﹑發(fā)育的溝谷等V類圍巖段,采用復(fù)合襯砌型式,一次支護(hù)采用噴錨混凝土0.15 m,二次支護(hù)為0.4 m鋼筋混凝土襯砌。

巖石較好的 I I I、I V類圍巖段,采用復(fù)合襯砌型式,側(cè)墻及頂拱一次支護(hù)采用噴錨混凝土0.1m,二次支護(hù)為0.4 m鋼筋混凝土襯砌。

1.2.3.2 隧洞襯砌型式

1)進(jìn)口段(段長(zhǎng)120 m)

該段洞室埋深在 15～30 m左右。洞室部位地層巖性為燕山晚期侵入的青灰～肉紅色流紋斑巖,巖體基本呈強(qiáng)風(fēng)化狀,洞室部位強(qiáng)風(fēng)化流紋斑巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度在11.9 MP a左右,屬軟巖。本段巖體原生節(jié)理較發(fā)育,節(jié)理面多平直光滑,泥質(zhì)充填,呈微張 ～張開(kāi)狀。巖體完整性差。本段巖體弱透水,洞室開(kāi)挖過(guò)程中將以滴水、滲水為主,局部呈線流狀態(tài)。本段洞室圍巖均為Ⅴ類。本段設(shè)置鋼支撐 +噴射混凝土進(jìn)行初期支護(hù),二次襯砌混凝土厚度0.4 m。

2)洞室段(段長(zhǎng)6 090m)

該段洞室埋深均在200.0m以上,其余埋深在130.0 m左右,最大埋深為350.0m。洞室部位地層巖性為燕山晚期侵入的青灰～肉紅色流紋斑巖,為中硬 ～堅(jiān)硬巖。本段巖體原生節(jié)理較發(fā)育,節(jié)理面多平直光滑,無(wú)充填,呈閉合狀。巖體完整性差～較完整。本段巖體弱透水,洞室開(kāi)挖過(guò)程中將以滴水、滲水為主,局部呈線流狀態(tài)。本段洞室圍巖應(yīng)以Ⅱ、Ⅲ類為主。本段設(shè)置噴射混凝土0.1m進(jìn)行初期支護(hù),二次襯砌混凝土厚度0.3 m。

3)出口段(段長(zhǎng)150 m)

該段洞室埋深均在30.0m以下,最淺為16m。洞室部位地層巖性主要為中生界白堊系義縣組灰綠色凝灰?guī)r,基本呈微風(fēng)化 ～新鮮巖狀,本段洞室圍巖以Ⅳ類為主,約占 70%;其余多為Ⅲ類,約占 30%。本段設(shè)置噴射混凝土0.15 m進(jìn)行初期支護(hù),二次襯砌混凝土厚度0.4m。

1.3 引水系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

輸水洞全長(zhǎng)為6.36 k m,隧洞斷面為2.2m×2.235 m,底坡為 0.001,洞內(nèi)水流為明流。隧洞通過(guò)引水鋼管與混凝土引水壩段連接,引水鋼管通過(guò)配水閥室,并在配水閥室內(nèi)通過(guò)錐形閥減壓消能和調(diào)節(jié)流量。在隧洞進(jìn)口處設(shè)有排氣井,以便排除引水鋼管內(nèi)的空氣。隧洞出口采用無(wú)閘門(mén)控制,并設(shè)明渠與大風(fēng)口水庫(kù)水面銜接。

2 結(jié)束語(yǔ)

本工程隧洞的設(shè)計(jì)綜合考慮了引水流量、施工難度、支洞布置和施工工期等,并進(jìn)行了綜合比較來(lái)選擇隧洞斷面,達(dá)到了經(jīng)濟(jì)節(jié)省的目的。

[1] 邵明貴,楊麗娜.綏中縣猴山水庫(kù)工程項(xiàng)目建議書(shū)[R].沈陽(yáng):遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2009.