(甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

盤(pán)道嶺隧洞是引大入秦工程總干渠最長(zhǎng)的一座隧洞，洞長(zhǎng)15.723km，設(shè)計(jì)斷面為城門(mén)洞型反拱直墻斷面，隧洞凈寬4.2m，凈高4.4m，設(shè)計(jì)流量為29m3/s，最大流量為34m3/s，設(shè)計(jì)縱坡i為1/1000，洞身混凝土襯砌糙率系數(shù)n為0.015。隧洞在軟～極軟巖地層和少量的第四系地層通過(guò)，地層巖性復(fù)雜，地質(zhì)條件惡劣。病險(xiǎn)洞段存在的主要問(wèn)題是洞身裂縫縱橫交錯(cuò)、縫間錯(cuò)位、寬度大，滲水量嚴(yán)重，影響工程安全運(yùn)行。為確保工程安全運(yùn)行，將盤(pán)道嶺隧洞3處主要病險(xiǎn)洞段列入蘭州新區(qū)供水項(xiàng)目引大渠道除險(xiǎn)加固工程，分別為樁號(hào)64+482.68～66+554.68m，段長(zhǎng)2072m；樁號(hào)71+740.68～71+923.68m，段長(zhǎng)183m；樁號(hào)76+719.68～78+319.68m，段長(zhǎng)1600m；總長(zhǎng)3855m。

該次加固改造方案采用馬蹄形斷面C30鋼筋混凝土襯砌加固方案，在盡可能少的占用隧洞過(guò)流斷面的前提下，斷面尺寸為3.7m×3.9m(寬×高)，頂弧半徑1.85m，側(cè)墻圓弧半徑5.55m，底板圓弧半徑5.55m，最小襯砌厚度0.25m。在洞內(nèi)迎水面為降低糙率、滿足過(guò)流要求，設(shè)計(jì)采用黏貼塑料板降糙。按照除險(xiǎn)加固工程實(shí)施方案，經(jīng)過(guò)除險(xiǎn)加固后，盤(pán)道嶺隧道設(shè)計(jì)最大過(guò)流能力為30m3/s，加固段糙率為0.012，最小凈空高度0.86m。

2 試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)方案

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

盤(pán)道嶺隧洞是引大工程總干渠上重要建筑物，其過(guò)流能力直接影響到引大入秦工程的供水保證率。該隧洞采用現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土襯砌加固，鋼模臺(tái)車一次現(xiàn)澆成型，原材料和工藝流程嚴(yán)格控制，內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量均符合規(guī)范要求。為減小糙率，對(duì)混凝土表面光潔度要求較高。由于隧洞過(guò)流斷面縮小，為復(fù)核隧洞最大過(guò)流能力及臨空高度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮到無(wú)法保證塑料板與洞壁黏貼牢固且黏貼塑料板護(hù)壁降糙施工難度大，難以達(dá)到設(shè)計(jì)降糙的目的，特進(jìn)行本項(xiàng)目測(cè)流試驗(yàn)。若實(shí)測(cè)能滿足設(shè)計(jì)過(guò)流能力，可優(yōu)化設(shè)計(jì)取消迎水面黏貼塑料板降糙措施，節(jié)約概算投資1196.03萬(wàn)元。

2.2 試驗(yàn)方案

在盤(pán)道嶺隧洞進(jìn)口前疙瘩溝矩型明渠設(shè)測(cè)流斷面，采用螺旋槳式流速儀進(jìn)行流量量測(cè)并率定出測(cè)流斷面水位流量關(guān)系曲線；根據(jù)測(cè)流斷面的實(shí)測(cè)流量及各水位采集處的水位、隧洞縱坡等參數(shù)，推算出隧洞內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的糙率和水位流量關(guān)系曲線；再根據(jù)隧洞安全輸水水力要素，推算出隧洞的最大過(guò)水流量。

3 設(shè)備選用及量測(cè)點(diǎn)布置

3.1 量測(cè)設(shè)備選用

根據(jù)盤(pán)道嶺隧洞無(wú)電源、無(wú)GPRS信號(hào)、潮濕、流速較大等現(xiàn)狀，經(jīng)多方考察對(duì)比，最終選用低功耗一體化超聲波遙測(cè)水位計(jì)(XD-2206-US)，水位量程為0～4m，盲區(qū)水位為最高水位距超聲波一體化遙測(cè)水位計(jì)底沿不小于0.6m，量測(cè)精度為0.5%。

選用L25-3C型螺旋槳式流速儀對(duì)渠道過(guò)水流量進(jìn)行測(cè)量。

3.2 量測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)盤(pán)道嶺隧洞加固情況，分別在渠道及隧洞沿線5個(gè)位置各安裝1臺(tái)超聲波遙測(cè)水位計(jì)，采集并記錄水位數(shù)據(jù)。水位計(jì)具體安裝測(cè)點(diǎn)如下：

1號(hào)測(cè)點(diǎn)：疙瘩溝矩型明渠測(cè)流點(diǎn)(樁號(hào)62+170)，該測(cè)點(diǎn)位于疙瘩溝矩型明渠段，過(guò)流斷面型式為矩型。

2號(hào)測(cè)點(diǎn)：洞內(nèi)未加固段中間測(cè)流點(diǎn)(樁號(hào)63+755)，該測(cè)點(diǎn)位于盤(pán)道嶺隧洞62+964.68～64+482.68段中部，過(guò)流斷面型式為城門(mén)洞型。

3號(hào)測(cè)點(diǎn)：進(jìn)口已加固洞段前端測(cè)流點(diǎn)(樁號(hào)64+630)，該測(cè)點(diǎn)位于盤(pán)道嶺隧洞64+482.68～66+554.68段前端，過(guò)流斷面型式為馬蹄型。

4號(hào)測(cè)點(diǎn)：進(jìn)口已加固洞段中間測(cè)流點(diǎn)(樁號(hào)65+510)，該測(cè)點(diǎn)位于盤(pán)道嶺隧洞64+482.68～66+554.68段中部，過(guò)流斷面型式為馬蹄型。

5號(hào)測(cè)點(diǎn)：出口已加固洞段段中間測(cè)流點(diǎn)(樁號(hào)77+550)，該測(cè)點(diǎn)位于盤(pán)道嶺隧洞76+719.68～78+319.68段中部，過(guò)流斷面型式為馬蹄型。

4 試驗(yàn)時(shí)間

4.1 各測(cè)流斷面糙率和流量關(guān)系曲線推算

設(shè)備安裝時(shí)間：2015年10月4日—2015年10月8日

設(shè)備運(yùn)行時(shí)間: 2015年10月8日—2015年11月25日

4.2 設(shè)計(jì)過(guò)流和水位測(cè)定

設(shè)備安裝時(shí)間：2016年4月3日—2016年4月5日

設(shè)備運(yùn)行時(shí)間: 2016年4月5日—2016年11月22日

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5.1 渠道輸水流量測(cè)定

為了精確分析計(jì)算，在疙瘩溝矩型明渠1號(hào)測(cè)點(diǎn)處利用螺旋槳式流速儀對(duì)渠道過(guò)水流量進(jìn)行5次測(cè)量，每次測(cè)量2組數(shù)據(jù)。經(jīng)測(cè)量，各次測(cè)量成果見(jiàn)表1。

表1 測(cè)流點(diǎn)流量測(cè)量數(shù)據(jù)表

5.2 水位計(jì)水位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄

在設(shè)備運(yùn)行期內(nèi)，2015年采集數(shù)據(jù)情況為：1號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)2225條，2號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)2228條，3號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)0條，4號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)2234條，5號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)2271條。2016年采集數(shù)據(jù)情況為：1號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)9728條，2號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)11440條，4號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)9556條，5號(hào)測(cè)點(diǎn)采集有效數(shù)據(jù)9751條。3號(hào)測(cè)點(diǎn)由于設(shè)備故障，沒(méi)有采集到有效數(shù)據(jù)。

6 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)儀器所記錄原始數(shù)據(jù)分析，水流從1號(hào)測(cè)點(diǎn)到2號(hào)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間約為11min, 從2號(hào)測(cè)點(diǎn)到4號(hào)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間約為12min, 從4號(hào)測(cè)點(diǎn)到5號(hào)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間約為84min。在計(jì)算中，分別取各測(cè)點(diǎn)測(cè)流流量對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)前后2h數(shù)據(jù)的平均值作為計(jì)算水深。

盤(pán)道嶺隧洞為長(zhǎng)距離無(wú)壓隧洞，可采用明渠均勻流流量計(jì)算公式推導(dǎo)得出糙率計(jì)算公式:

n=A/Q×R2/3×i1/2，其中R=A/x

式中A——過(guò)流面積，m2;

Q——流量，m3/s;

R——水力半徑，m;

x——濕周，m;

i——底坡坡度。

經(jīng)計(jì)算，各測(cè)點(diǎn)的糙率見(jiàn)表2。

表2 各測(cè)點(diǎn)糙率

7 實(shí)測(cè)糙率和過(guò)流能力分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析整理，可知盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固鋼筋混凝土襯砌后，加固段的平均糙率0.0105，低于設(shè)計(jì)0.012要求。根據(jù)各測(cè)點(diǎn)斷面推算的流量關(guān)系曲線表：?4號(hào)測(cè)點(diǎn)斷面水位2.85m時(shí)，凈空高度1.05m，流量為30.522m3/s；當(dāng)水位3.04m，達(dá)到設(shè)計(jì)凈空高度0.86m，流量為32.611m3/s。?5號(hào)測(cè)點(diǎn)斷面水位2.65m時(shí)，凈空高度1.25m，流量為29.954m3/s；當(dāng)水位3.04m，達(dá)到設(shè)計(jì)凈空高度0.86m，流量為35.872m3/s。由此可知，盤(pán)道嶺隧洞襯砌加固段洞身迎水面糙率已完全滿足過(guò)流能力要求，無(wú)需采用黏貼塑料板降糙。

8 引水校核試驗(yàn)

2016年10月20日，盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固后，采用設(shè)計(jì)流量30m3/s測(cè)試過(guò)流能力。0:00開(kāi)始小水池向下游分級(jí)加流，8:00調(diào)節(jié)流量增至30m3/s，11:05—13:10時(shí)段，疙瘩溝測(cè)流斷面水位2.83m，水流穩(wěn)定，實(shí)測(cè)流量30.2m3/s。洞內(nèi)各測(cè)點(diǎn)記錄水位為:?2號(hào)測(cè)點(diǎn)11:30時(shí)水位為2.988m；?4號(hào)測(cè)點(diǎn)11:30時(shí)水位為2.721m；?5號(hào)測(cè)點(diǎn)13:00時(shí)水位為2.598m。

9 結(jié) 語(yǔ)

盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固工程，設(shè)計(jì)過(guò)流能力30m3/s，設(shè)計(jì)凈空高度0.86m。依據(jù)實(shí)測(cè)糙率和過(guò)流能力分析，以及過(guò)流能力引水校核試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，盤(pán)道嶺隧洞加固后流量為30.2m3/s時(shí)，糙率為0.0105，小于設(shè)計(jì)糙率0.012，最大水深2.721m，凈空高度1.179m大于設(shè)計(jì)凈空高度0.86m。以上試驗(yàn)結(jié)論證明盤(pán)道嶺隧洞鋼筋混凝土襯砌加固后，過(guò)流能力滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固后水力條件和過(guò)流能力實(shí)測(cè)分析，采用良好的馬蹄形斷面和用鋼模臺(tái)車一次現(xiàn)澆成型工藝，形成得光潔平整的表面，獲得較小的糙率，不需要采用其他措施即能滿足設(shè)計(jì)要求，可減少投資。