孤峰山水庫輸水涵洞建改實(shí)踐及思考

郝明榮

（天鎮(zhèn)縣孤峰山水庫管理處，山西 天鎮(zhèn) 038200）

1 概況

孤峰山水庫位于天鎮(zhèn)縣境內(nèi)永定河水系南洋河支流三沙河上，是一座以城鎮(zhèn)防洪為主、兼顧灌溉的中型水庫。水庫上游的主河道是東沙河，長26.4km，較大支流有北沙河和南沙河，控制流域面積291.2km2，海拔高程1067.7m。多年平均降雨量450mm，多年平均徑流量1172萬m3，輸沙量135萬t。

孤峰山水庫于1958年興建，1960年攔洪蓄水。原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水，設(shè)計(jì)水位1089.9m，300年一遇洪水校核，校核水位1091.9m，正常高水位1089.7m。水庫建成初期，以攔洪蓄水方式調(diào)度運(yùn)用，由于洪水含沙量大，水庫泄流能力低，造成水庫嚴(yán)重淤積。截至1976年，壩前淤積面與溢洪道進(jìn)口底高程齊平，淤積量達(dá)1385萬m3，占總庫容的58%。為解決水庫淤積問題，1975年增建沖沙泄洪洞，進(jìn)行拉沙沖槽，2007—2011年進(jìn)行除險(xiǎn)加固?，F(xiàn)水庫總庫容2115萬m3，樞紐工程為3等，主要建筑物為3級，100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。水庫調(diào)度方式改為汛期滯洪，汛后蓄水灌溉。

水庫樞紐及配套工程由大壩、溢洪道、沖沙泄洪洞和東、西輸水洞及深孔泄洪閘六部分組成。

大壩壩型為砂壤土均質(zhì)碾壓黏土斜墻壩，最大壩高25.2m，壩頂高程1092.904m，防浪墻頂高程1093.904m，壩長507m，壩頂寬9m，上游邊坡為干砌石護(hù)坡，下游邊坡為草皮護(hù)坡，壩基座落在砂礫石上，防滲形式為截水槽。

溢洪道位于副壩左岸，為開敞式寬頂堰無控制設(shè)施，堰頂高程 1088.104m，寬 50m，長 123m，縱坡11.3%。末端為差動式挑流鼻坎，高低齒挑射角分別為25°和35°。底板為混凝土襯砌，側(cè)墻為漿砌石，最大泄流量583m3/s。

沖沙泄洪洞位于溢洪道右側(cè)80m處，進(jìn)口底高程1072.2m。進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，裝有3.5m×4m平面鋼板工作閘門和檢修閘門各1扇，檢修閘門采用電動葫蘆啟動，工作閘門采用2×40t雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。洞長66.7m，縱坡1%。出口為挑流消能，最大泄量131.3m3/s。

西輸水涵洞位于大壩左端、沖沙泄洪洞右側(cè)，長118m。進(jìn)口底高程1072.7m，縱坡1%，洞后設(shè)有直徑1.0m閥門控制，與西干渠相接，最大泄量6.6m3/s。

東輸水涵洞位于大壩右岸，長92.8m，縱坡1%，進(jìn)口底高程1076.9m。進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，裝1.5m×1.5m平面鋼板工作閘門和檢修閘門各1扇。閘門采用20t螺桿式啟閉機(jī)啟閉，與東干渠相接，最大泄量19.6m3/s。

新建深孔泄洪閘位于大壩右端壩肩，進(jìn)口底高程1072.2m，長429m。進(jìn)口設(shè)6m×6m潛孔弧形鋼閘門控制，采用2×40t雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。設(shè)計(jì)流量487.8m3/s，最大泄量524.35m3/s。

2 東西輸水涵洞初始建設(shè)情況

2.1 建設(shè)情況

東輸水涵洞始建于1958年10月，整個(gè)涵洞的基礎(chǔ)為風(fēng)化片麻巖，洞身為無壓城門洞型，底寬1.6m，墻高1.6m，上部為直徑1.6m的半圓，洞長92.8m，漿砌石砌筑。進(jìn)口底高程1076.9m，進(jìn)口閘室為長1.5m、厚0.8m、2m×4m的矩形鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架橫梁頂高程1081.7m，內(nèi)置2.4m×2.2m、厚0.2m的鋼筋混凝土閘門，最大泄量25m3/s。正常蓄水時(shí)，整個(gè)框架均處于水下。在框架的橫梁上安裝兩組滑輪，用鋼絲繩連接閘門和設(shè)置在壩頂上的啟閉機(jī)，啟閉用20t卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。在壩前沿壩坡設(shè)置長35m、內(nèi)徑1m、厚0.25m的鋼筋混凝土放水臥管，在臥管1081m，1084m，1087m處設(shè)3個(gè)直徑為0.8m的圓形放水孔，孔上設(shè)直徑1m的鋼板拍門控制，拍門由壩頂啟閉機(jī)啟閉。東輸水涵洞屬灌溉和泄洪兩用涵洞，臥管放水孔用于灌溉，閘門用于泄洪。洞后設(shè)長10m、寬4m、深2m的漿砌石消力池。

西輸水涵洞始建于1958年10月，整個(gè)涵洞的基礎(chǔ)為風(fēng)化片麻巖，洞身為直徑1m、厚0.25m的現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土有壓圓洞，洞長118m。進(jìn)口底高程1072.7m，進(jìn)口閘室為長1.5m、厚0.8m、1.2m×3m的矩形鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架橫梁頂高程1076.5m，內(nèi)置1.5m×1.5m、厚0.2m的鋼筋混凝土閘門。最大泄量6.6m3/s。正常蓄水時(shí)，整個(gè)框架均處于水下。在框架的橫梁上安裝兩組滑輪，用鋼絲繩連接閘門和設(shè)置在壩頂上的啟閉機(jī)，啟閉用20t卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。在壩前沿壩坡設(shè)置長40m、內(nèi)徑1m、厚0.25m的鋼筋混凝土放水臥管，臥管與涵洞在閘門后連接，在臥管1081m，1084m，1087m處設(shè)3個(gè)直徑0.8m的圓形放水孔，孔上設(shè)直徑1m的鋼板拍門控制，拍門由壩頂啟閉機(jī)啟閉。西輸水涵洞屬灌溉和泄洪兩用涵洞。洞后設(shè)長8m、寬3.5m、深2m的漿砌石消力池。

2.2 輸水涵洞使用及改造情況

1960年水庫開始蓄水后，兩個(gè)涵洞均投入使用，但存在閘門啟閉困難、臥管上的拍門啟閉使用不便等問題。1963年3月準(zhǔn)備春澆時(shí)庫水位為1086.4m，西涵洞正常放水，東涵洞發(fā)生鋼絲繩拉斷事故，閘門和拍門都無法打開，導(dǎo)致無法放水。經(jīng)研究，決定鑿開閘門背水面直徑0.25m的圓形混凝土保護(hù)層，用氧割割斷閘門背水面的受力筋，等待水壓壓開割口放水。第二天發(fā)現(xiàn)割口內(nèi)混凝土已被壓出，第三天被壓穿。

此次事故后，泄空水庫蓄水，對兩處涵洞進(jìn)行了改造，拆除兩涵洞的進(jìn)口閘門，由壩前控制改為壩后控制。東涵洞輸水管道改為直徑1.5m的鋼板有壓圓洞，施工中先在工廠制作好長2m、直徑1.5m的鋼管，運(yùn)到洞內(nèi)焊接安裝。從進(jìn)口開始，在鋼管外每1m2焊接一根長0.5m、直徑20mm的鋼筋，固定安裝后，用混凝土把鋼管與原洞之間的空隙填實(shí)。在洞后安裝直徑1.5m的閥門控制。西涵洞在洞后安裝直徑1m的閥門控制。

改造后的涵洞閥門啟閉較靈活，沒有發(fā)生開啟關(guān)閉故障及洞身漏水或沿管壁滲漏現(xiàn)象，僅西輸水洞底部混凝土有磨蝕現(xiàn)象，最大磨蝕深度為5cm。但經(jīng)常發(fā)生洞內(nèi)被淤泥堵死的情況。1964—1966年，由于缺乏使用經(jīng)驗(yàn)，堵洞事故頻發(fā)，有時(shí)1年可達(dá)2~3次。西涵洞堵死次數(shù)更多，大約為其2倍。經(jīng)水庫工程技術(shù)人員、管理人員及市水利局專家分析，堵洞主要發(fā)生在洪水進(jìn)庫后2~3d。涵洞進(jìn)口周圍由于逐年淤積，其淤積面比進(jìn)口面高出8m左右，在涵洞進(jìn)口前沿水流方向形成一條深槽。洪水進(jìn)庫后，異重流順槽而下進(jìn)入洞內(nèi)，涵洞逐漸被淤死。針對這種情況，在洪水進(jìn)庫2h后開啟閥門泄水10min左右，2d后放一次水，3~5d后再放一次水，可大大降低堵洞事故。

2007年，孤峰山水庫對兩處輸水涵洞進(jìn)行了改造。設(shè)計(jì)將原壩后控制改為壩前控制，在兩輸水涵洞進(jìn)口處增設(shè)進(jìn)水塔，進(jìn)水塔進(jìn)口底高程仍采用原進(jìn)口高程，安裝啟閉機(jī)的基礎(chǔ)高程與大壩壩頂齊平，為1092.9m。在進(jìn)口處安裝1.5m×1.5m平面鋼板工作門和檢修門各1扇，采用20t螺桿式啟閉機(jī)啟閉。后因資金短缺，僅對東輸水洞進(jìn)行了改造。2009年東輸水洞改造工程結(jié)束，改造后的東輸水洞徹底杜絕了涵洞被淤死的可能，閘門啟閉方便。

3 幾點(diǎn)思考

一是工程設(shè)計(jì)上存在先天不足，沒有考慮黃土高原地區(qū)建庫所特有的水土流失問題。在水庫建設(shè)時(shí)，必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二是水庫工程建于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件差，技術(shù)力量有限，兩個(gè)輸水涵洞進(jìn)口均為水下控制，給以后的管理和維修帶來了極大困難。西輸水涵洞內(nèi)徑只有1m，僅滿足了輸水要求，檢修工作極其困難。建議在水庫涵洞建設(shè)中，不但要考慮泄流要求，更要考慮維修和改造要求，涵管直徑最小應(yīng)在1.5m以上，以保證工作人員方便進(jìn)出。

三是在高泥沙河流上建設(shè)水庫，涵洞泄流應(yīng)采用壩前控制，不宜采用壩后控制，防止涵洞被泥沙堵塞。

四是根據(jù)孤峰山水庫涵洞50多年的使用情況，洞身宜采用鋼管（在其外現(xiàn)澆混凝土），其磨損小，易維修，且洞身不易發(fā)生垮塌導(dǎo)致出現(xiàn)管涌，引起大壩垮塌事故。一般使用鋼管的管壁厚度應(yīng)大于6mm。

五是堅(jiān)持定期對涵洞檢查和日常逐日巡查制度，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)進(jìn)行處理。