尚 斌 高大水

(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010； 2.國家大壩安全工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430010)

1 概述

重慶市現(xiàn)有水庫2 994座，其中大型水庫17座，中型水庫91座，小(1)型水庫478座，小(2)型水庫2 408座，小型水庫的數(shù)量約占水庫總數(shù)的96%。重慶市小型水庫大部分建成于20世紀(jì)50年代～70年代。小型水庫在防洪、灌溉、供水、發(fā)電和改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大的作用。但受經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)水平的制約，經(jīng)多年運(yùn)行，小型水庫普遍存在病險(xiǎn)問題，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。重慶市于“十一五”期間開始啟動(dòng)了全市小型水庫除險(xiǎn)加固工作。出于水庫安全考慮，大壩、溢洪道往往是小型水庫除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)，而直接影響水庫供水或灌溉效益的放水設(shè)施卻由于資金和技術(shù)的限制，在除險(xiǎn)加固過程中著重于通過加固或改建確保其放水功能，卻忽略了現(xiàn)有放水設(shè)施普遍存在著運(yùn)行管理不便、檢查維修困難、存在安全隱患等諸多問題。小型水庫放水設(shè)施數(shù)目眾多，安全風(fēng)險(xiǎn)問題不可忽視，放水設(shè)施的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性問題亟待解決；同時(shí)隨著智慧水利的發(fā)展，對(duì)小型水庫放水設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、信息化提出了更高的要求。

2 放水設(shè)施現(xiàn)狀

2.1 進(jìn)水口現(xiàn)狀

根據(jù)布置型式的不同，重慶市小型水庫放水設(shè)施進(jìn)水口主要有臥管式進(jìn)水口、斜拉式進(jìn)水口、浮動(dòng)取水口、塔式取水口等型式(見表1)。

表1 進(jìn)水口型式及其優(yōu)缺點(diǎn)

1)臥管式進(jìn)水口[1]。

臥管式進(jìn)水口是重慶市小型水庫放水設(shè)施進(jìn)水口最常用的一種型式。臥管式進(jìn)水口一般沿大壩或岸坡布置，根據(jù)水庫流量要求設(shè)置單排或雙排放水孔，放水孔一般為圓形，孔口采用混凝土塞或木塞啟閉。臥管式進(jìn)水口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)水庫分層取水。但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)陋，運(yùn)行時(shí)需人工下水開啟和關(guān)閉，存在安全隱患，同時(shí)臥管普遍存在庫水位猛漲無法關(guān)閉、進(jìn)口漏水、啟閉困難、設(shè)備被盜、非管人員開閘、流量無法控制等諸多問題。

2)斜拉式進(jìn)水口[2]。

斜拉式取水口一般采用斜拉閘門控制取水，斜拉閘門裝置包括鑄鐵閘門、連接螺桿、手動(dòng)螺桿啟閉機(jī)，放水操作通過螺桿啟閉機(jī)控制斜拉閘門啟閉。采用斜拉閘門方式控制放水安全可靠，同時(shí)設(shè)置管理房具有防盜功能。斜拉閘門安裝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，但目前僅有手動(dòng)控制功能，且無法實(shí)現(xiàn)分層取水。

3)浮動(dòng)取水口。

浮動(dòng)取水口適用于有供水功能的水庫。浮動(dòng)取水裝置包括浮筒和取水軟管，軟管和浮桶連接，取水庫表層水。該裝置屬定型產(chǎn)品、制造安裝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可取水庫表層水。但該裝置適用的管徑一般較小，且軟管容易老化使用壽命低，進(jìn)口流量無法控制且穩(wěn)定性較差。

4)塔式取水口。

塔式取水口適用于取水流量較大的水庫。塔式取水口一般在塔底設(shè)置鋼管閘閥取水，閘閥普遍采用手動(dòng)控制方式，放水時(shí)需管理人員進(jìn)入塔體底部操作，由于塔體底部缺乏通風(fēng)換氣設(shè)施導(dǎo)致廢氣聚集，管理人員存在窒息的安全隱患。

2.2 放水涵管現(xiàn)狀

重慶市小型水庫放水涵管型式主要有壩下涵管、隧洞、虹吸管、頂管等(見表2)。

表2 放水涵管型式及其優(yōu)缺點(diǎn)

1)壩下涵管。

壩下涵管是重慶市小型水庫最常用的放水涵管型式。壩下涵管一般按無壓流設(shè)計(jì)，涵管管身材料一般有陶瓦、漿砌石、混凝土等。涵管過流斷面形式多為矩形或城門洞形，涵管長(zhǎng)度一般小于100 m，絕大部分涵管凈高小于1 m。由于涵管尺寸較小且深埋壩下，大部分涵管自建成后就未曾進(jìn)行過檢修維護(hù)，經(jīng)多年運(yùn)行，不同程度的存在著結(jié)構(gòu)破損、管身滲漏、管底淤積、管身錯(cuò)臺(tái)等諸多問題，不僅影響水庫效益發(fā)揮，而且嚴(yán)重威脅大壩安全。

2)隧洞。

根據(jù)SL189小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范,放水洞宜優(yōu)先采用隧洞方式。小型水庫的放水隧洞與大壩分開布置，不存在接觸滲漏問題，安全性能較高。隧洞洞徑一般大于1.5 m,管理人員可以進(jìn)入檢查維修，經(jīng)過除險(xiǎn)加固后一般問題不大。

3)虹吸管[3]。

虹吸管是一種將庫水跨越大壩從上游引向下游的密封性輸水管道[3]。虹吸管適用于水庫壩高小于10 m的水庫，虹吸放水管具有造價(jià)低、施工周期短、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)有虹吸管存在運(yùn)行操作復(fù)雜、穩(wěn)定性較差、維護(hù)管理麻煩等諸多問題。由于虹吸管放水設(shè)備沒有統(tǒng)一的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致虹吸管放水設(shè)施的設(shè)計(jì)生產(chǎn)、施工安裝、運(yùn)行維護(hù)水平參差不齊。

4)頂管[4]。

頂管技術(shù)是一種通過頂進(jìn)施工法在壩體里新建涵管的非開挖施工技術(shù)。頂管多采用人工手掘式施工，利用千斤頂將管道向前推進(jìn)，頂管管徑一般管徑不小于80 cm，管材多使用鋼筋混凝土管或鋼管，頂管結(jié)束之后，在涵管四周與壩體間進(jìn)行回填灌漿。由于頂管法施工難以設(shè)置截水環(huán)且管外回填灌漿質(zhì)量難以保證，部分水庫頂管在工程運(yùn)行后出現(xiàn)接觸滲漏問題導(dǎo)致大壩險(xiǎn)情，最后不得不采用破壩重建的方式進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。

3 存在的問題

綜觀重慶市小型水庫放水設(shè)施現(xiàn)狀，主要存在以下幾方面的問題：

1)進(jìn)水口設(shè)施陳舊落后，運(yùn)行管理不便且存在安全隱患。

重慶市80%以上的小型水庫放水設(shè)施進(jìn)水口為臥管式和塔式。臥管式和塔式進(jìn)水口均為人工手動(dòng)控制，運(yùn)行時(shí)需人工下水或下井啟閉，運(yùn)行管理十分不便且存在溺水或窒息的安全隱患。斜拉式進(jìn)水口和浮式進(jìn)水口受限于分層取水功能或取水流量問題，應(yīng)用范圍有限。

2)壩下涵管檢查維修困難，缺乏安全可靠的涵管無損檢測(cè)技術(shù)。

重慶市70%的小型水庫放水涵管采用壩下涵管型式，壩下涵管管徑一般為30 cm～60 cm，眾多小管徑的涵管自建成后幾乎沒有進(jìn)行過任何檢測(cè)，加上管理上的缺失，使得運(yùn)行管理單位對(duì)涵管的真實(shí)性狀(破損、滲漏、管徑變化、淤積、錯(cuò)臺(tái)等)知之甚少。涵管存在的問題將直接影響治理方案的合理性，如采用開挖壩體檢查涵管又往往得不償失。因此，缺乏安全可靠的涵管無損檢測(cè)技術(shù)，導(dǎo)致壩下涵管安全評(píng)價(jià)與除險(xiǎn)加固工作無法開展。

3)壩下涵管存在安全隱患，缺乏經(jīng)濟(jì)可靠的成套改造技術(shù)。

壩下涵管存在安全隱患已經(jīng)成為各方共識(shí)。目前，大中型水庫通過除險(xiǎn)加固已經(jīng)基本上消除了壩下涵管安全隱患，小型水庫受技術(shù)水平及經(jīng)濟(jì)條件影響，絕大部分放水設(shè)施仍采用壩下涵管。針對(duì)涵管出現(xiàn)的問題，目前主要采用新建涵管、新建隧洞、虹吸管改造、頂管改造等幾種改造技術(shù)。但一般開挖壩體新建涵管工程費(fèi)用高，施工周期長(zhǎng)，且存在新老壩體結(jié)合困難以及涵管接觸滲漏問題；新建隧洞施工費(fèi)用高、環(huán)境影響大、炸藥審批困難，普遍難以實(shí)施；虹吸管改造技術(shù)適用范圍有限且穩(wěn)定性較差；頂管改造技術(shù)管外回填灌漿質(zhì)量難以控制，風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，由于缺乏經(jīng)濟(jì)可靠的涵管成套改造技術(shù)，導(dǎo)致小型水庫壩下涵管改造工作難以實(shí)施。

4 研究展望

針對(duì)重慶市小型水庫放水設(shè)施現(xiàn)狀和存在的問題，建議開展以下幾個(gè)方面的小型水庫放水設(shè)施改造技術(shù)研究工作：

1)進(jìn)水口改造技術(shù)研究。

針對(duì)重慶市小型水庫進(jìn)水口陳舊落后、存在安全隱患的問題，研發(fā)適用于臥管式進(jìn)水口改造的分層取水斜拉閘門和適用于塔式進(jìn)水口改造的自動(dòng)控制閘閥。開發(fā)的進(jìn)水口定型產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和裝配化施工，能滿足水庫分層取水要求，具有水上手電兩用操作功能，并具備遠(yuǎn)程控制功能，啟閉安全、可靠。

2)涵管無損檢測(cè)技術(shù)研究。

針對(duì)小型水庫壩下涵管缺乏檢測(cè)的現(xiàn)狀，研發(fā)適用于涵管檢測(cè)的小型爬行機(jī)器人無損檢測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)涵管進(jìn)行可視化檢測(cè)成像、復(fù)核結(jié)構(gòu)尺寸、裂縫及滲漏檢測(cè)，同時(shí)準(zhǔn)確定位病害部位。開發(fā)系統(tǒng)包括檢測(cè)機(jī)器人、可視化成像裝備及尺寸檢測(cè)裝置、接收裝置等，實(shí)現(xiàn)對(duì)小型水庫壩下涵管檢測(cè)的智能遠(yuǎn)程控制。

3)壩下涵管改造技術(shù)研究。

針對(duì)現(xiàn)有小型水庫壩下涵管改造難以實(shí)施的問題，重點(diǎn)研究?jī)?nèi)襯管修復(fù)技術(shù)、智能虹吸管成套設(shè)備、水平定向鉆進(jìn)技術(shù)等壩下涵管非開挖改造技術(shù)，形成經(jīng)濟(jì)可靠、環(huán)境友好的壩下涵管改造成套技術(shù)供不同條件的水庫選用。