程 雪

(遼寧省綏中縣大中型水庫移民后期扶持工作辦公室，遼寧 綏中125200)

1 工程概況

破山洞水庫位于遼寧省葫蘆島市綏中縣西甸子鎮(zhèn)，水庫由大壩(主壩、副壩)、溢洪道、輸水洞等主要建筑物組成，是一座以防洪、灌溉為主，養(yǎng)魚為輔的小(2)型水庫。壩址地理位置在E119°52′14″，N40°10′50″處，屬于強流河流域。

水庫控制面積2.0 km2，壩址以上河長2.2 km，河道平均比降31.36‰，水庫在遼寧省水文分區(qū)中屬Ⅵ2水文分區(qū)。

2 輸水洞處理方案

2013 年8 月受強降水影響，破山洞水庫原輸水洞洞體上部壩體出現(xiàn)塌陷情況，輸水洞放水時壩體土料隨著水流排出，嚴重威脅壩體安全。在緊急時刻，綏中縣水利局立即向遼寧省水利廳供水局報告，供水局馬上派領導趕赴現(xiàn)場，并聘請水利廳有關專家對輸水洞的險情進行了分析并研究了輸水洞處理方案。

為恢復輸水洞功能，初步擬定兩種加固方案:

1)方案一:將原有輸水洞洞體開挖后，重新埋設混凝土承插管。

優(yōu)點:不改變原有輸水洞形式及路線，運行管理較方便。

缺點:其施工方法是對壩體進行大開挖，埋涵管后進行土方回填，這樣不但工期長，投資大，而且進行管理方面也有欠缺:①出水量不能有效控制，會造成浪費;②在斜管上放、堵水即不方便，也不安全;③新回填土方與老壩體土方存在沉陷差，容易出現(xiàn)土方結合不好，壩體出現(xiàn)不均勻沉陷，產生裂縫且破壞后難以維修等現(xiàn)象。

2)方案二:采用正虹吸形式通過輸水管路騰空庫容，進口水面高程為95.0 m，下游出水管中心線高程為93.20 m，出水池采用2 級消能，上下游最小水位差為1.8 m。

優(yōu)點:采用正虹吸管輸水則很好地解決了這些問題，虹吸管技術相比傳統(tǒng)的破壩修復涵管工藝，具有造價低，施工期短，使用靈活，管理方便等特點［1-3］。

綜合上述比較，此次輸水洞加固方案采用方案二，具體計算及工程布置如下。

3 水利計算分析

3.1 安裝高度確定

根據(jù)破山洞水庫校核水位為101 m高程和壩頂高程103.58 m，以勉破壞原壩內黏土心墻，故確定虹吸管安裝高程為102 m。

3.2 管徑確定

由于破山洞水庫沒有灌溉要求，虹吸管主要用于度汛前騰空庫容，根據(jù)市場無縫鋼管的型號以及出水量的要求，選定鋼管直徑為DN377m 無縫鋼管，管接縫采用焊接，壁厚8 mm。

3.3 虹吸管輸水能力計算

虹吸管長度一般不大，故應按短管計算，本工程管道出口為自由出流。當不計行近流速影響時，可直接采用公式:

1)計算流量。

先確定λ 值，用曼寧公式:

2)計算C 值。

對于鋼管n=0.011，則R=A/X，

沿程阻力系數(shù)λ=8g/c2=0.02。

水頭損失系數(shù)計算表見表1(其中彎管ξ 根據(jù)《水利學》局部水頭損失表)

表1 水頭損失系數(shù)計算表

通過計算虹吸管平均出水量為0.279 m3/s，24 h能排水2.4 萬m3。

3.4 虹吸管的安裝高程復核計算

虹吸管中最大真空一般發(fā)生在管子最高位置。即發(fā)生在外坡堤頂彎頭前B 斷面處，具體分析如下:

以水庫上游水位為基準面，基準面至頂頂彎管中心線高差為Zs，對其基準面斷面及外坡堤頂彎頭前B 斷面列能量方程:

式中:LB為從虹吸管進口至B 斷面的管長;ΣξB為從虹吸管進口到B 斷面的水頭損失系數(shù)之和。

若要求管內真空值不大于某允許值，即(Pa－PB)/r ≤hv。

式中hv為允許真空值，hv=8 m，

式中:V=Q/A，

經計算確定安裝高程為102 m。詳細計算見表2。

表2 輸水洞安裝高程復核計算表

4 工程設計分析

4.1 虹吸管工程設計

虹吸管布設在原輸水洞右側，虹吸管采用DN377 mm無縫鋼管，焊接形式連接，壁厚8 mm。鋼管沿上下游壩坡架設，在接縫處設漿砌石鎮(zhèn)墩，壩頂處設2BV—5110 型真空泵一臺，架設低壓線路300m，進水口高程為95.00 m，出水口管中心線高程為93.20 m，出水口安裝渦輪傳動顯示開關，出水口處設消能池，消能池長4 m和7 m兩級。消能池采用鋼筋混凝土結構。進水口混凝土墻主鋼筋采用Ⅱ級鋼直徑為Φ18@200 布設，副筋采用Ⅱ級鋼直徑為Φ8@250，邊墻厚30 cm，底板厚30 cm，底板鋼筋采用Ⅱ級鋼直徑為Φ10@250 布設雙層;出水口消能池鋼筋采用Ⅱ級鋼直徑為Φ10@200。壩頂處新建2.5×2.5 m泵房一座［4-6］。

4.2 原沉陷部位處理

對壩體原沉陷部位進行不合格土挖除，用黃土填筑并夯實，恢復原干砌石護坡。

5 工程投資

破山洞水庫規(guī)模為小(2)型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要永久建筑物大壩、溢洪道、輸水洞按5 級建筑物設計，次要建筑物按5 級建筑標準設計。破山洞水庫輸水洞水毀修復工程總投資29.03 萬元。其中:進場費1.00 萬元，原輸水洞洞口封堵0.84 萬元，沉陷處處理1.45 萬元，土建工程6.90 萬元，機電設備及金屬安裝14.20 萬元，臨時設施費用2.00 萬元，零星工程費2.64 萬元。

6 結 語

破山洞水庫的輸水洞水毀修復工程采用正虹吸管輸水則很好地解決了工期長，投資大，水量不能有效控制，堵水即不方便，也不安全等問題，而且采用虹吸管技術相比傳統(tǒng)的破壩修復涵管工藝，具有造價低，施工期短，使用靈活，管理方便等特點。實踐證明虹吸管可以徹底消除小型水庫土壩放水涵管的隱患，縮短工期，節(jié)約投資［7-9］。

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