，

(江西省水利規(guī)劃設(shè)計院， 南昌 330029)

1 工程概況

觀音山水庫位于江西省宜黃縣東陂鎮(zhèn)層源村，距縣城約40km，為撫河支流宜黃水支流黃水上七個梯級中的第一級。壩址以上控制流域面積155.6km2，水庫正常蓄水位220m，水庫總庫容8812萬m3，灌溉面積2113.33hm2，總裝機(jī)5.4MW，是一座具有防洪、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水庫。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—94)[1]，確定工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型；永久性主要建筑物為3級，永久性次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。

2 輸水系統(tǒng)現(xiàn)狀

輸水系統(tǒng)布置在左岸山體中，由塔式進(jìn)水口、輸水隧洞及岔管等組成。塔式進(jìn)水口設(shè)有攔污柵、檢修門和事故門，總長12m，底板高程183.70m。檢修門和事故門孔口尺寸均為2.6m×2.6m。進(jìn)水口布置有通氣孔兼進(jìn)人孔，斷面尺寸為2.6m×0.8m。塔頂高程為223.10m，上設(shè)啟閉機(jī)排架，啟閉機(jī)平臺高程為228.60m。進(jìn)水口采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

輸水隧洞全長327.35m，由漸變段、水平段、斜彎段及出口段等組成，主洞洞徑為2.6m。隧洞出口段與岔管段相連接，共分三條岔管，管徑1.25m。隧洞進(jìn)口中心線高程為185.00m，出口中心線高程為166.72m。輸水隧洞出口段、岔管段均采用鋼筋混凝土與鋼板組合式襯砌，其余采用鋼筋混凝土襯砌。部分工程地質(zhì)條件較差的洞段進(jìn)行了回填及固結(jié)灌漿處理；固結(jié)灌漿孔孔距及孔深均為4～5m。輸水系統(tǒng)存在的主要問題如下：

a.在閘門啟閉時，輸水系統(tǒng)進(jìn)水口排架柱振動變形較大；經(jīng)復(fù)核，進(jìn)水口排架柱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求。進(jìn)口八字墻混凝土存在蜂窩麻面、孔洞及露筋現(xiàn)象。爬梯及欄桿銹蝕。隧洞襯砌混凝土局部質(zhì)量較差，多處出現(xiàn)蜂窩及漏水，后用PCC砂漿進(jìn)行修補(bǔ)處理。進(jìn)水口邊坡巖體破碎，穩(wěn)定性差[2]。

b.輸水系統(tǒng)進(jìn)水口事故閘門卡阻無法啟閉到位，使得隧洞和發(fā)電機(jī)組設(shè)備不能進(jìn)行檢查和維護(hù)；啟閉設(shè)備銹蝕損壞，無法啟閉閘門；經(jīng)復(fù)核，事故閘門面板、主梁、次梁的強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求。檢修閘門無啟閉設(shè)備，閘門及啟閉拉桿銹蝕嚴(yán)重。攔污柵無啟閉及清污設(shè)備。進(jìn)水口無啟閉閘房。

3 輸水系統(tǒng)的安全復(fù)核

3.1 輸水隧洞過流能力復(fù)核

3.1.1 水頭損失計算

輸水隧洞全長327.35m，進(jìn)口底高程183.70m；主洞洞徑2.6m，為鋼筋混凝土圓形結(jié)構(gòu)。鋼板襯砌糙率取n=0.012，鋼筋混凝土襯砌糙率取n=0.014。輸水隧洞水頭損失計算結(jié)果見表1。

表1 水頭損失計算結(jié)果

3.1.2 過流能力復(fù)核

輸水隧洞過流能力按有壓管自由出流公式計算，流量系數(shù)μc=0.444。隧洞流量—庫水位關(guān)系計算結(jié)果見表2。

表2隧洞流量—庫水位關(guān)系

庫水位/m185190195200205流量/(m3/s)10.1411.4812.6913.7914.82庫水位/m210.0215.0220.0222.04流量/(m3/s)15.7616.6617.5117.89

表2表明：正常蓄水位(220m)時隧洞過流流量17.89m3/s，滿足設(shè)計流量14.22m3/s的要求。

3.2 輸水隧洞結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

3.2.1 基本資料

輸水隧洞采用全斷面鋼混凝土襯砌，內(nèi)徑2.6m，襯護(hù)混凝土抗壓強(qiáng)度為1500～2500N/cm2，襯砌厚度為0.3～0.4m。據(jù)相關(guān)資料，I級鋼筋的彈性模量Eg=2.1×105N/mm2，鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值Rg=210N/mm2；抗壓強(qiáng)度1500N/cm2混凝土的彈性模量Eh=2.2×104N/mm2，抗壓強(qiáng)度2000N/cm2混凝土的彈性模量Eh=2.55×104N/mm2，抗壓強(qiáng)度2500N/cm2混凝土的彈性模量Eh=2.8×104N/mm2，混凝土泊松比μh=0.167。根據(jù)地質(zhì)勘察報告提供的資料，隧洞除局部范圍圍巖穩(wěn)定性較差屬Ⅲ類外，絕大部分洞段屬Ⅱ類圍巖，隧洞圍巖穩(wěn)定條件較好。

3.2.2 計算工況及荷載組合

考慮以下兩種計算工況及相應(yīng)荷載組合：

a.工況一：正常運用情況(蓄水位220m)。荷載組合為：山巖壓力+襯砌自重+內(nèi)水壓力+外水壓力+彈性抗力。正常運用情況下，內(nèi)水壓力占優(yōu)勢。運用《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL 279—2002)推薦公式進(jìn)行計算，外水壓力折減系數(shù)取小值。

b.工況二：檢修情況。荷載組合為：山巖壓力+襯砌自重+外水壓力+彈性抗力。在檢修工況下，內(nèi)水壓力為零，外水壓力占優(yōu)勢，運用邊值法進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。

3.2.3 計算斷面及參數(shù)

根據(jù)輸水隧洞圍巖情況，選取各種工況下不利斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)核計算，結(jié)果見表3。

表3輸水隧洞計算斷面及有關(guān)參數(shù)

巖 性花 崗 巖樁 號0～2525～6868～152152～182182～199199～275275～327斷面類型甲甲乙、丙丁丙丁戊內(nèi)水壓力/m37.5837.5855.5155.5155.8655.8655.86fk3～44～56～83～46～85～63～4k0/(MPa/cm)15～2020～3040～5015～2540～5030～4015～25

注：fk為巖體堅固性系數(shù)；k0為巖石單位抗力系數(shù)

3.2.4 隧洞實際配筋及襯砌厚度

隧洞實際配筋量及襯砌厚度見表4，配筋形式見右圖。

表4輸水隧洞實際配筋及襯砌厚度

斷面類型襯砌厚度t/mm實際配筋甲30016@150乙40016@95丙40016@125丁40016@100戊40016@85

3.2.5 計算成果及分析

采用“水工隧洞鋼筋混凝土襯砌計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng) SDCAD4.0”程序計算。輸水隧洞配筋計算成果見表5。

輸水隧洞配筋圖

表5輸水隧洞計算成果

工 況襯砌類型襯砌厚度/mm配 筋裂 縫 寬 度 /mm計算鋼筋實配鋼筋計算值規(guī)范值運行期檢修期甲30016@15016@1500.230.2530012@20016@15000.25運行期檢修期乙40016@9516@950.150.2540012@14316@9500.25運行期檢修期丙40016@12516@1250.190.2540012@14316@12500.25運行期檢修期丁40016@10016@1000.220.2540012@14316@10000.25運行期檢修期戊40016@8516@850.190.2540012@14316@8500.25

表5表明：隧洞配筋為雙層配筋，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，裂縫開展寬度滿足規(guī)范要求。

3.3 進(jìn)水口結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

3.3.1 基本資料

塔式進(jìn)水口設(shè)有攔污柵、檢修門和工作門；進(jìn)水口長12m，進(jìn)水口底板高程為183.70m，檢修門和工作門孔口尺寸均為2.6m×2.6m，進(jìn)水口塔中布置有通氣孔兼進(jìn)人孔，斷面尺寸為2.6m×0.8m，塔頂高程為223.10m，設(shè)啟閉機(jī)排架和閘房，啟閉機(jī)平臺高程為228.60m。

3.3.2 結(jié)構(gòu)計算及成果分析

3.4 復(fù)核結(jié)論

經(jīng)復(fù)核計算，隧洞過流能力滿足設(shè)計引用流量要求；隧洞滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，裂縫開展寬度滿足規(guī)范要求；進(jìn)水口排架柱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求。

4 結(jié) 語

根據(jù)復(fù)核結(jié)論，需對水庫輸水系統(tǒng)的進(jìn)水口、隧洞、進(jìn)水口邊坡等部位進(jìn)行除險加固處理，使水庫達(dá)到設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保水庫安全穩(wěn)定運行，增加供水效益。

a.進(jìn)水口除險加固。對進(jìn)水口啟閉工作橋進(jìn)行拆除重建，包括增設(shè)啟閉閘房；更換爬梯及欄桿；對進(jìn)口八字墻等部位有缺陷的混凝土表面，先鑿除已損壞的混凝土，再采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行抹面修補(bǔ)處理。

b.隧洞除險加固。對隧洞有缺陷的混凝土表面，先鑿除已損壞的混凝土，再采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行抹面修補(bǔ)處理；對地質(zhì)條件相對較差、隧洞存在滲漏現(xiàn)象的洞段進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，灌漿孔深5m，排距4m(沿洞線方向)，每排布置8個孔。并對相應(yīng)洞段進(jìn)行回填灌漿處理，灌漿范圍為頂拱120°，灌漿孔深入圍巖0.1m，排距2.0m，每排布置3個孔。

c.進(jìn)水口邊坡除險加固。進(jìn)水口邊坡采用錨噴措施進(jìn)行防護(hù)處理。坡面噴C20混凝土，厚15cm；鋼筋網(wǎng)采用φ8@200，單層布置；錨桿直徑φ25mm，深入巖石4m，間排距2.5m，梅花形布置；在死水位196m以上水位變幅區(qū)設(shè)排水孔，采用孔徑80mm的PVC花管，孔排距2m，梅花形布置，孔深4m。

作為觀音山水庫重要建筑物之一的輸水洞除險加固后，過流能力及結(jié)構(gòu)滿足要求，整體運行狀況良好，不僅充分發(fā)揮了水庫正常的攔蓄、防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等作用，同時切實保證了下游2113.33hm2耕地的灌溉用水,減免了干旱的危害，確保了下游廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

[1] 李春風(fēng).淺析中壩水庫輸水隧洞除險加固工程[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2006,12(8):560-561.

[2] 盧昆生,向金寶.石灰窯水庫輸水隧洞加固工程設(shè)計的改進(jìn)[J].中國水利,2010(18):26-27.