任 佳

(豐城市豐東灌區(qū)管理局，江西 宜春 331100)

1 工程概況

紫云山水庫位于江西省豐城市南部的鐵路鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址距豐城市區(qū)50km，屬鄱陽湖環(huán)湖區(qū)清豐山溪水系上游，水庫集雨面積77.04 km2，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫。水庫總庫容1.20 億m3，設(shè)計灌溉面積1.2萬hm2；電站裝機960kW，年發(fā)電129.80 萬kW·h；養(yǎng)殖水面700hm2，年產(chǎn)鮮魚32萬kg。

水庫工程等別為Ⅱ等，主壩、1#-6#副壩、溢洪道、灌溉發(fā)電隧洞等主要永久性水工建筑物級別為2 級，其它永久性水工建筑物級別為3 級，施工圍堰等臨時建筑物級別為4 級。

水庫下游有豐城市城區(qū)和荷湖、麗村、榮塘、觀上、拖船、河洲、孫渡、劍光等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，耕地面積2.2萬hm2，人口約22 萬，以及重要的公路和鐵路干線設(shè)施：京九鐵路、浙贛鐵路、105 國道、豐樂公路等重要基礎(chǔ)設(shè)施。

2 工程地質(zhì)

工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形式主要表現(xiàn)在花崗巖體內(nèi)的斷裂及節(jié)理，總體上，斷裂、節(jié)理不甚發(fā)育。庫壩區(qū)新構(gòu)造運動微弱，表現(xiàn)為以大面積間歇性緩慢降升為主要特點，未見明顯的差異運動。據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001), 庫壩區(qū)地震動峰值加速度<0.05g，相應的地震基本烈度<Ⅵ度。

灌溉發(fā)電隧洞進、出口地形較陡，為弱風化花崗巖形成的基巖陡坡，巖體呈次塊狀結(jié)構(gòu)，未見有明顯的順坡向不利斷層或裂隙分布，進、出口段邊坡基本穩(wěn)定。

灌溉發(fā)電隧洞沿線洞身均出露弱風化花崗巖，右壩肩有正斷層F2 穿越，與灌溉發(fā)電隧洞軸線近平行展布，與洞身間距50m 左右，壩后在灌溉發(fā)電隧洞出口的下游側(cè)，洞內(nèi)亦未見明顯的破碎巖體，對灌溉發(fā)電隧洞影響甚微。灌溉發(fā)電隧洞沿線巖體節(jié)理不甚發(fā)育，弱風化巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)、整體狀結(jié)構(gòu)，完整性較好，強度高，屬于硬質(zhì)巖類巖石。洞身段基巖弱風化巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)，弱風化層帶巖體屬于Ⅱ類圍巖，洞室穩(wěn)定條件較好，透水性弱。

2 灌溉發(fā)電隧洞現(xiàn)狀及存在問題

2.1 工程現(xiàn)狀

灌溉發(fā)電隧洞位于主壩右岸較為陡峻的山體中，由引水渠段、進口控制段、洞身段和出口段組成。引水渠段長20m，進口段長12.4m，進口底板高程67.0m，洞身段長223.86m，縱向坡度為2‰，洞身內(nèi)徑2.5m，采用0.3m厚鋼筋混凝土襯砌，出口底高程66.55m；進口設(shè)事故檢修閘門1 扇，卷揚式啟閉機啟閉；出口設(shè)工作閘門2 扇，螺桿式啟閉機啟閉。隧洞樁號0+197.32處接直徑1.9m 發(fā)電支洞。1999 年曾對灌溉發(fā)電隧洞進行灌漿等加固處理。

灌溉渠首建筑物主要包括節(jié)制閘和泄洪閘，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。節(jié)制閘共2 孔，孔口尺寸為3.0m×2.0m，設(shè)有2 扇鋼筋混凝土閘門，由螺桿啟閉機操控；泄洪閘共4 孔，孔口尺寸為3.0m×2.3m，并設(shè)有4 扇鋼筋混凝土閘門，由螺桿啟閉機操控。

2.2 存在問題

根據(jù)《江西省豐城市紫云山水庫大壩安全評價報告》及《關(guān)于紫云山水庫三類壩安全鑒定成果的認定意見》，灌溉發(fā)電隧洞及灌溉渠首建筑物結(jié)構(gòu)主要存在以下問題：

1)進水口混凝土結(jié)構(gòu)碳化、剝蝕嚴重。

2)洞身混凝土碳化嚴重、蜂窩、麻面、滲漏，多處裂縫。

3)出口消能設(shè)施混凝土碳化嚴重，基礎(chǔ)淘刷，部分側(cè)墻倒塌或損壞。

4)灌溉渠首混凝土碳化嚴重。

5)灌溉發(fā)電隧洞工作閘門和事故檢修閘門的主要承重構(gòu)件銹蝕嚴重，止水橡皮老化、漏水嚴重，啟閉設(shè)備局部銹蝕，齒輪磨損，卷揚式啟閉機鋼絲繩銹損嚴重，已不能滿足閘門的正常啟閉，對汛期泄洪存在安全隱患，影響泄洪安全。閘門及啟閉設(shè)備已投入使用40 余年，已達報廢年限。

3 灌溉發(fā)電隧洞加固設(shè)計

針對灌溉發(fā)電隧洞存在的問題，采取如下加固措施：

1)進口段混凝土缺陷處理，進口啟閉機房維修。

2)洞身段襯砌混凝土缺陷處理。

3)出口閘室混凝土缺陷處理，啟閉機房維修。

4)消力池混凝土缺陷處理，對坍塌的漿砌石邊墻進行修復重建，漿砌石及局部干砌石底板拆除重建。

5)灌溉渠渠首建筑物混凝土缺陷處理，啟閉機房維修。

3.1 進口段

進口混凝土結(jié)構(gòu)碳化、剝蝕嚴重。本次加固對進口段表面混凝土進行碳化處理，啟閉機房維修翻新。

混凝土碳化及表面處理，選用丙乳砂漿。丙乳砂漿采用人工抹壓施工。施工前須先鑿除老混凝土表面碳化層，并沖洗干凈，風干后涂刷2.0cm 厚丙乳砂漿，對于結(jié)構(gòu)鋼筋裸露處，須先將鋼筋除銹并進行防銹處理后，采用丙乳砂漿抹平，同時保證鋼筋上丙乳砂漿覆蓋厚度≥2cm 厚。

3.2 洞身段

灌溉發(fā)電隧洞洞身混凝土碳化嚴重、蜂窩、麻面、滲漏，多處裂縫。本次加固對洞身混凝土進行缺陷處理。

3.3 出口消能段

出口消能設(shè)施混凝土碳化嚴重，基礎(chǔ)淘刷，部分側(cè)墻倒塌或損壞。本次加固對出口閘室、消力池混凝土進行碳化處理，混凝土碳化處理方法同進口段碳化處理。對啟閉機房維修翻新；對坍塌的消力池漿砌石邊墻拆除，重建M7.5 漿砌MU30 塊石邊墻；拆除重建消力池末端M7.5 漿砌石底板，拆除重建出水渠局部干砌石底板。

根據(jù)業(yè)主提供的資料，尾水渠邊墻存在大量泄漏問題，嚴重影響主壩壩腳安全，本次加固設(shè)計采用在邊墻臨水面新澆一層30cm 厚C25 混凝土墻進行防滲處理。

3.4 灌溉渠首建筑物

根據(jù)現(xiàn)場查勘情況，灌溉渠首的1#、2#泄洪閘和節(jié)制閘均存在如下問題：閘墩混凝土、消力池邊墻及底板混凝土老化剝蝕碳化嚴重；啟閉機房嚴重破損。

本次加固對1#、2#泄洪閘、節(jié)制閘的閘室及消力池混凝土表面進行碳化處理，處理方式同隧洞進口段碳化處理，施工前須先鑿除老混凝土表面碳化層，并沖洗干凈，風干后涂刷3.0cm 厚丙乳砂漿；對啟閉機房維修翻新。

4 洞身結(jié)構(gòu)復核

紫云山水庫灌溉發(fā)電隧洞為圓形，洞身內(nèi)徑為2.5m，鋼筋混凝土襯砌厚0.3m，設(shè)置雙層鋼筋，根據(jù)本次檢測現(xiàn)狀混凝土強度滿足設(shè)計要求，本次按混凝土標號150#進行復核。

灌溉發(fā)電隧洞沿線洞身均出露弱風化花崗巖。右壩肩有正斷層F2穿越，與輸水洞軸線近平行展布，與洞身間距50m 左右，對灌溉發(fā)電隧洞影響甚微。輸水洞沿線巖體節(jié)理不甚發(fā)育，弱風化巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)、整體狀結(jié)構(gòu)，完整性較好,強度高，為硬質(zhì)巖類巖石，屬Ⅱ類圍巖，圍巖穩(wěn)定性較好。

根據(jù)《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL279-2002)，隧洞是以內(nèi)水壓力為主要荷載，為Ⅱ類圍巖直徑<6m 的圓形有壓隧洞。采用彈性力學法按運行工況對洞身結(jié)構(gòu)進行復核。本次選取控制工況，即運行工況進行復核，計算斷面取隧洞出口斷面，運行工況隧洞身荷載包括：結(jié)構(gòu)自重、圍巖壓力、內(nèi)水壓力及外水壓力。隧洞出口處襯砌外地下水位較低，從安全角度考慮，運行工況條件下，隧洞襯砌結(jié)構(gòu)安全復核計算中忽略外水壓力。

運行工況內(nèi)水壓力為水庫正常蓄水位82.0m，隧洞出口中心高程67.8m，洞內(nèi)靜水壓力20.2m(其中水錘壓力6.0m)。

經(jīng)計算，表明內(nèi)水壓力單獨作用下襯砌不需要配置鋼筋，只需按最小配筋率對隧洞襯砌進行配筋。隧洞實際配筋滿足最小配筋率要求，因此，隧洞襯砌強度滿足規(guī)范要求。

5 灌溉發(fā)電隧洞閘門和啟閉機設(shè)計

5.1 設(shè)計條件

正常蓄水位：82.00m；

設(shè)計洪水位：83.92m；

校核洪水位：85.02m。

5.2 灌溉發(fā)電隧洞進口攔污柵

1)設(shè)計條件：

設(shè)計水頭：4.0m；

孔口尺寸：3.7m×4.2 m(寬×高)；

底坎高程：67.0m。

2)攔污柵及啟閉機的設(shè)計：

攔污柵采用平板焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)計水頭4.0 m。攔污柵主要材料為Q345B。

攔污柵采用單吊點，由1 臺50KN 的電動葫蘆操作。

攔污柵有側(cè)軌、底坎等埋件，根據(jù)實際情況對埋件銹蝕的部位進行除銹、磨平；銹坑較大的部位進行補焊、修磨；對局部破損的進行補焊或局部更換。

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5.3 灌溉發(fā)電隧洞進口事故檢修閘門

1)設(shè)計條件：

設(shè)計水位：83.29m；

孔口尺寸：2.0m×2.5 m(寬×高)；

底坎高程：67.0m。

2)閘門及啟閉機的設(shè)計：

閘門采用平板滑動門，設(shè)計水頭16.29m，外形尺寸為2.6×2.8 ×0.47m(寬×高×厚),側(cè)止水間距2.1m,支承跨度2.4m，總水壓力780.8kN。閘門面板及底止水布置在上游側(cè)，頂﹑側(cè)止水布置在下游側(cè)，利用水柱閉門。頂﹑側(cè)止水為P 型橡皮止水，底止水為刀型止水橡皮，閘門主要材料為Q345B。閘門采用單吊點，動水啟閉。經(jīng)設(shè)計計算：啟門力307.7kN、閉門力-27.7kN，選用容量為400kN的卷揚式啟閉機操作，閘門和啟閉機采用吊桿連接，啟閉機布置高程為90.5m，工作揚程為5.0m。

閘門有側(cè)軌、底坎、門楣等埋件，根據(jù)實際情況對埋件銹蝕的部位進行除銹、磨平；銹坑較大的部位進行補焊、修磨；對局部破損的進行補焊或局部更換。

5.4 灌溉發(fā)電隧洞出口工作閘門

1)設(shè)計條件：

設(shè)計水位：83.29m；

孔口尺寸：1.4m×1.6 m(寬×高)；

底坎高程：66.55m；

工作條件：動水啟閉。

2)閘門及啟閉機的設(shè)計：

閘門采用平板滑動門，設(shè)計水頭22.74m，外形尺寸為2.0m×1.85m×0.47m(寬×高×厚)，止水間距1.5m，支承跨度1.8m，總水壓力506.2KN。閘門面板及止水布置于上游，頂、側(cè)止水為P 型橡皮止水，底止水為刀型止水橡皮，支承采用油尼龍滑塊，閘門主要材料為Q345B。閘門采用但吊點，動水啟閉，經(jīng)設(shè)計計算：啟門力112KN、閉門力74.8KN，選用容量為250/160KN的手電兩用螺桿啟閉機操作，啟閉機布置高程為71.05m，工作行程為2.5m。

閘門有側(cè)軌、底坎、門楣等埋件，根據(jù)實際情況對埋件銹蝕的部位進行除銹、磨平；銹坑較大的部位進行補焊、修磨；對局部破損的進行補焊或局部更換。在上在胸墻上增設(shè)一道止水,防止閘門開啟時門頂與胸墻間射水。

6 結(jié) 語

通過對紫云山水庫灌溉發(fā)電隧洞現(xiàn)狀存在的問題進行分析研究，采取合適的方案對其進行加固。對進口段、洞身段、出口閘室段以及消力池段等混凝土缺陷處采用丙乳砂漿進行修補，對混凝土裂縫采用聚氨酯漿材進行嵌縫處理，對加固后的隧洞洞身進行泄流能力與洞身結(jié)構(gòu)進行復核計算，結(jié)果均滿足要求。