楊偉娟

摘 要：該文針對三架山水庫輸水洞歷次治理工程中存在的病險問題，通過現(xiàn)場調(diào)查，全面分析已有歷次規(guī)劃設(shè)計、施工、運行管理資料，充分論證存在的病險問題并滿足水庫灌溉功能要求的前提下，從工程施工條件、施工難易程度、工程除險加固后安全度及工程投資等方面對輸水洞除險加固設(shè)計方案進行了設(shè)計比選，最終推薦拆除重建的設(shè)計方案，該方案能徹底解決三架山水庫輸水洞接觸滲漏問題，施工技術(shù)較為成熟，且施工質(zhì)量易于保證，工期雖長但有保障。工程除險加固后水庫蓄水效益顯著，對類似工程設(shè)計具有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：輸水洞 除險加固設(shè)計 方案研究

中圖分類號：TV697.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0104-02

1 原工程概述

三架山水庫位于駐馬店市驛城區(qū)胡廟鄉(xiāng)，在淮河流域洪汝河水系汝河支流玉皇河上游，水庫控制流域面積4.5 km2，總庫容306萬m3。水庫始建于1964年冬季，1966年竣工。

水庫工程由大壩、溢洪道、輸水洞組成。（1）大壩：粘土心墻砂殼壩，全長200 m，壩頂高程178 m，最大壩高24 m，壩頂寬4.5 0m。（2）溢洪道：位于大壩左壩肩，無控制措施，左岸邊墻為石英巖，右岸為漿砌石導水墻。（3）輸水洞：位于大壩右壩肩樁號0+011處，進口座落于庫區(qū)內(nèi)右岸山坡之上。洞身分為三段，①進口至粘土心墻前為直徑0.5 m的現(xiàn)澆鋼筋砼圓涵，該段洞身座落于石英巖和碎石上；②粘土心墻下部洞身為0.6×0.6 m鋼筋混凝土方涵，該段洞身斜交于大壩；③出口段洞身為直徑0.5 m的現(xiàn)澆鋼筋砼圓涵。輸水洞進口底高程為159.30 m，出口底高程為157 m，洞身長168 m，進口斜拉閘門控制，出口為閘閥控制。

2008年12月輸水洞工程開工，施工中對輸水洞上段拆除重建，保留下游段洞身，對出口消能工程進行加固，2009年4月完工。

2 存在問題

（1）工程存在的問題：2009年9月，水庫開始下閘蓄水，至2010年5月，庫水位達到高程167 m。2010年5月底，輸水洞開閘放水，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，輸水洞下游閘房處排水溝及壩腳低洼處漏水嚴重。

（2）存在問題的初步分析：①輸水洞滲漏問題由來已久，險情發(fā)生后通過走訪參加過處理輸水洞滲漏的群眾得知，輸水洞自1965年建成后不久就存在滲漏，70年代末由當時的確山縣水利局組織人員曾經(jīng)進行過處理，計劃處理的方案為：沿上游壩肩向下開挖豎井至漏水的箱涵部位，采用預(yù)制砼管固壁后再處理滲漏部位，后因開挖后的井壁坍塌嚴重，預(yù)制砼管無法沉入而放棄。②輸水洞除險加固前，水庫一直處于低水位運行，滲漏不太嚴重，2009年除險加固后開始下閘蓄水，高水位運行后才發(fā)現(xiàn)滲漏問題加劇。③輸水洞運行方式由無壓洞變?yōu)橛袎憾催\行，粘土心墻下老箱涵接頭處止水老化、失效，在高壓水流的作用下被擊穿，形成滲漏通道；④粘土心墻與老箱涵結(jié)合部可能已經(jīng)形成接觸滲流帶，這是造成下游壩腳新建圓涵外側(cè)滲漏的主要原因。

3 方案比選

根據(jù)以上總結(jié)分析的輸水洞存在的工程險情，本次輸水洞除險加固設(shè)計重點解決輸水洞洞身滲漏及洞壁接觸滲漏問題，消除安全隱患。綜合考慮工程安全、投資、運行管理、效益等制約因素，初步擬定重建、豎井、隧洞3種方案進行比選。

3.1 重建方案設(shè)計

破壩拆除重建輸水洞，新建進、出口控制設(shè)施。

（1）壩體拆除：沿現(xiàn)狀輸水洞位置拆除壩頂路面、防浪墻、上下游護坡；開挖壩體，左岸開挖邊坡坡比1∶3，右岸開挖至巖石岸坡；拆除老輸水洞。

（2）重建輸水洞：新建鋼筋砼塔式進水口、箱涵（斷面尺寸1.50 m×1.80 m、寬×高）及出口連接段。輸水洞軸線向右岸偏移，使建筑物座落在石英巖基礎(chǔ)之上。

（3）壩體恢復：按照大壩原設(shè)計斷面尺寸回填粘土心墻和砂殼壩體，恢復大壩上游砼護坡、壩頂漿砌石防浪墻、砼路面。

3.2 豎井方案設(shè)計

開挖豎井，直接處理粘土心墻下部已經(jīng)查明的箱涵漏水部位。

3.2.1豎井開挖

（1）自壩頂處沿粘土心墻垂直開挖豎井至已經(jīng)查明存在滲漏的箱涵部位，澆筑C20砼進行堵漏，形成一道外包箱涵的截水環(huán)進行截滲；

（2）豎井開挖斷面為正方形，邊長3 m，邊開挖邊支護，豎井開挖深度達到2 m時隨即采用標準鋼模板固壁、鋼管支撐進行支護，豎井底部開挖高程必須低于現(xiàn)狀箱涵底部1 m，即高程152 m。

3.2.2充填灌漿防滲。

（1）在豎井底部沿洞身外壁與粘土心墻結(jié)合部，分別在水平方向向上、下游采用水泥粘土漿充填灌漿。

（2）垂直大壩軸線方向，對粘土心墻下箱涵外側(cè)進行水泥粘土漿充填灌漿，灌漿長度為箱涵全段，灌漿孔沿洞頂和兩側(cè)洞壁布置3排，孔距0.8 m。

3.2.3新建進水口控制設(shè)施（同重建方案）

3.3 隧洞方案設(shè)計

老洞封堵，新開輸水隧洞。

（1）老洞封堵：自現(xiàn)狀輸水洞進口處，分別向洞身內(nèi)和洞身外壁水平方向充填水泥粘土漿進行封堵，直至充填密實后在洞身進口處澆筑鋼筋砼塞進行密封。

（2）新開隧洞：位置選擇在大壩右岸山體，進水口位于現(xiàn)狀輸水洞進口上游，出水口位于現(xiàn)狀輸水洞出口閘閥房右側(cè)山坡處，洞身長192 m；進口設(shè)塔式閘門控制，洞身斷面為直墻圓拱型，采用“先拱后墻法”襯砌施工；隧洞縱坡3/1000；出口設(shè)消能段與下游河道連接。

3.4 方案比選

對于上述比選的3個方案，主要不同之處在于破壩與否，從而帶來對地形及地質(zhì)適應(yīng)性、工程施工難易程度、工程除險后安全性及工程投資等方面的差異，方案比選主要針對上述幾點進行評價分析，最終選擇較為理想的設(shè)計方案，比較如下。

3.4.1地形及地質(zhì)情況

從地形、地質(zhì)情況看，重建方案需要破壩，施工在地形上不受限制，壩體開挖后能直觀的處理不良的地質(zhì)情況，但需要高邊坡開挖，土石方工程量大。豎井方案工作面狹窄，受地形限制，大型機械無法施工，地質(zhì)情況不明，不確定因素較多。隧洞方案同樣受地形限制，施工效率低。

3.4.2工程施工條件及難易程度

3個方案對外交通，用水、用電條件基本相同。

重建方案：該方案施工設(shè)備簡單，施工技術(shù)成熟、砼施工質(zhì)量易于控制，工程較長，需要在一個非汛期內(nèi)完成。壩體回填施工碾壓質(zhì)量要嚴格控制。

豎井方案：該方案施工設(shè)備簡單，豎井開挖施工風險大，不安全，施工環(huán)境差，質(zhì)量不易于控制，施工隊伍不易選擇。

隧洞方案：施工技術(shù)、地質(zhì)情況復雜，施工受天氣影響干擾較小。

總之，從施工角度講，3個方案各有千秋，重建方案施工較為簡單、成熟；豎井方案施工設(shè)備簡單，隧洞方案技術(shù)復雜。

3.4.3除險加固后的工程安全度

如前所述，該次設(shè)計的重點是解決輸水洞洞身滲漏及洞壁接觸滲漏問題，無論采取何種方案都要處理洞身滲漏問題。重建方案能徹底解決滲漏安全隱患，但受汛期影響，存在防汛風險；豎井方案處理位置明確，但充填灌漿質(zhì)量不易控制、處理效果不太直觀；隧洞方案對洞身的封堵理論能很好解決存在的滲漏問題，技術(shù)復雜。

3.4.4工程投資評價

重建方案工程投資498.35萬元，豎井方案工程投資132.92萬元，隧洞方案工程投資346.01萬元。從工程投資上看，重建方案投資偏大，豎井方案投資較省，隧洞方案投資居中。

3.5 推薦方案

綜合上述比較，各方案在工程施工條件及施工難易程度，工程除險加固后安全度及工程投資等方面存在差異。但從長遠來看，綜合考慮工程防汛安全大局，本次方案比選認為：重建方案較為優(yōu)越，該方案能徹底解決輸水洞滲漏問題，施工技術(shù)成熟，且施工質(zhì)量易于保證，工期雖長但有保障，故本次設(shè)計推薦重建方案。

4 重建方案設(shè)計

4.1 壩體拆除設(shè)計

本次設(shè)計沿現(xiàn)狀輸水洞位置拆除壩頂路面、防浪墻、上下游護坡；開挖壩體，左岸開挖邊坡坡比1∶3，右岸開挖至巖石岸坡；老輸水洞建筑物全部拆除。

4.2 進口閘室段設(shè)計

根據(jù)輸水洞進口的地形地貌，本次設(shè)計的輸水洞進口建筑物采用塔式進水口，即在輸水洞進口澆筑鋼筋砼墩墻及排架，在排架頂部布置啟閉機設(shè)備，并設(shè)工作橋與岸坡連接。輸水洞塔式進口段各部分的結(jié)構(gòu)布置如下。

4.2.1進水口段

進水口段為M7.5漿砌石斜降八字墻，順水流方向長度6m，進口寬3m，與閘室連接處寬1.50m，八字墻高2.5m，底板高程159.50 m，C20素砼結(jié)構(gòu)。

4.2.2閘室段

閘室段為鋼筋砼墩墻結(jié)構(gòu)，閘孔凈寬1.50 m，閘底板順水流方向長6 m，寬4.50 m，底板高程159.50 m；檢修層以下閘墩為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，底寬0.4～1 m，檢修層高程為174.50 m，啟閉層高程為176.97 m。

4.2.3工作橋

啟閉機房與右岸岸坡之間采用工作橋連接。

4.3 洞身段設(shè)計

輸水洞洞身原設(shè)計位于大壩樁號0+010處，該處壩基為強風化破碎石英巖基礎(chǔ)。設(shè)計將輸水洞軸線向右岸偏移至樁號0+014處，使進口閘室段、洞身段座落在新鮮的石英巖基礎(chǔ)之上。

洞身采用單孔C20鋼筋砼箱形涵洞，全長88 m，底板縱坡3/1000，考慮施工及今后檢修因素采用孔徑1.5×1.8 m（寬×高），洞身每10 m分縫一道，分縫處設(shè)截水環(huán)及651橡膠止水。

4.4 出口段設(shè)計

洞身出口設(shè)消能防沖段與下游尾水渠道連接，由斜坡段、消力池段、漸變段、尾水渠段組成。斜坡段長3.78 m，采用1∶3的坡度與消力池連接；消力池深0.5 m，池寬2 m，池長5 m；漸變段為漿砌石扭面結(jié)構(gòu)形式，長5 m；尾水渠段長5 m，梯形斷面，底寬2 m。

4.5 壩體恢復設(shè)計

輸水洞建筑物施工完畢后，需對壩體恢復重建。壩體結(jié)構(gòu)形式仍采用原設(shè)計，位置不變，即粘土心墻砂殼壩。壩頂高程178 m，壩頂寬5 m，上有1.0 m高防浪墻，大壩上、下游均在165.0 m處設(shè)一道寬2 m的戧臺；上游戧臺以上壩坡為1∶2.5，以下壩坡為1∶3，均采用為砼護砌；下游戧臺以上壩坡為1∶2.5，以下壩坡為1∶3，為草皮護坡；壩腳設(shè)貼坡排水；壩坡及右岸岸坡設(shè)縱橫排水溝；上、下游壩坡各設(shè)踏步一道。

4.5.1粘土心墻

（1）粘土心墻設(shè)計頂部高程176.5 m，頂寬3 m，上、下游邊坡均為1∶1，上、下游邊坡均設(shè)置反濾層（3層反濾料），反濾層自心墻頂部深入截水槽底部。

（2）在心墻底部開挖截水槽，橫貫整個壩基并延伸到大壩右岸，設(shè)計將壩基強風化石英片巖全部清除至未風化巖基，截水槽開挖斷面呈梯形，深3 m，槽寬48.38 m，邊坡1∶1，底部高程154.8 m；

（3）在未風化巖基之上澆筑C20素砼墊層后開始回填粘土心墻，以免心墻填土與裂隙發(fā)育的巖石接觸，心墻填土被裂隙內(nèi)集中滲漏沖刷造成管涌。

（4）粘土心墻填筑土料不再使用原心墻開挖粘土，設(shè)計采用新選粘土料場開挖土料，粘土料場位于大壩上游2 km山坡腳處，儲量完全滿足要求；根據(jù)擊實試驗求得最優(yōu)含水量16.8%，最大干密度1.72g/cm3。

（5）粘土心墻填筑標準：壓實度不小于96%，壓實后的滲透系數(shù)不大于1×10-4 cm/s。

4.5.2砂殼壩體

壩殼仍采用破壩開挖的壩體砂卵石或石渣料進行回填。砂殼壩體壓實標準按相對密度確定，要求不低于0.75，具體壓實參數(shù)以現(xiàn)場碾壓試驗確定的為準。

4.5.3上、下游壩坡

（1）上游壩坡設(shè)計采用C20砼進行護砌，護坡板厚為14 cm，單塊尺寸3×3 m，板面設(shè)D75排水孔及反濾層，排水孔間距1 m，板下設(shè)12 cm厚的碎石墊層。

4.5.4下游壩坡

下游壩坡自戧臺以上采用草皮護坡；戧臺以下至壩腳采用干砌塊石護砌，干砌塊石下部設(shè)反濾層。

4.5.5壩頂工程

壩頂設(shè)計寬5 m，上游壩肩設(shè)M7.5漿砌石防浪墻，凈高1.0 m；下游壩肩設(shè)路緣石；壩頂路面采用C20素砼澆筑，厚20 cm，每5 m分縫一道，縫內(nèi)充填瀝青填料。

4.5.5排水溝及踏步

下游壩坡每間距50 m設(shè)排水溝一道，岸坡、戧臺、壩腳各設(shè)排水溝一道，均采用C20素砼結(jié)構(gòu)。

為檢修方便，在大壩上、下游壩坡各設(shè)踏步一道，踏步寬1.4m，坡度砼壩坡，均采用C20素砼結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

三架山水庫地理位置重要，下游有商桐公路、駐南公路及小型水庫1座，保護人口1萬余人、耕地2.5萬畝，安全意義重大。由于輸水洞存在病險隱患，為確保大壩安全，自2010年5月以來一直處于空庫運行狀態(tài)，水庫防洪、養(yǎng)殖、灌溉等效益得不到充分發(fā)揮。

2014年8月，三架山水庫輸水洞除險加固工程開工，水庫的除險加固，對發(fā)展該地區(qū)旅游業(yè)，提高人民生活水平和生活質(zhì)量具有重要的作用。

參考文獻

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