引供水工程施工支洞綜合利用技術(shù)研究

賴 勇，張永進(jìn)，張宇弛

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院，浙江 杭州 310002）

1 問題的提出

長距離引供水工程為實現(xiàn)輸水隧洞“長洞短打”，往往設(shè)置較多的施工支洞，既是施工期開挖、出渣的交通工作面，也是通水和排水的通道，工程完建后，施工支洞常規(guī)均為封堵處理。有部分工程[1]考慮施工支洞的保留應(yīng)用，在交匯口封堵段設(shè)置堵頭，作為放空檢修后的交通洞使用；也有少數(shù)工程已考慮保留施工支洞作為調(diào)壓斜井[2]。但總體上應(yīng)用技術(shù)水平較低，對水質(zhì)的影響、改建洞段結(jié)構(gòu)受力特性方面的研究相對較少。本文根據(jù)千島湖配水工程施工支洞多用途改建設(shè)計的應(yīng)用實踐，對施工支洞改建應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行深化和系統(tǒng)研究。

2 千島湖配水工程施工支洞綜合利用情況

千島湖—閑林水庫輸水線路長113.22 km，重力流有壓輸水，輸水隧洞沿線共布置34個施工支洞，總長20.36 km。工程完建后，對19個施工支洞進(jìn)行綜合利用，其中調(diào)壓井兼檢修交通洞11個、分水口2個、流量計交通洞2個、地下閥室交通洞2個、地下倉庫1個、檢修期交通洞1個（見表1）。

表1 施工支洞利用情況匯總表 m

3 兼做調(diào)壓井及檢修交通洞應(yīng)用技術(shù)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

施工支洞運行期作為調(diào)壓井以及放空后人員進(jìn)出的檢修期交通洞時，除滿足施工支洞在施工期本身的出渣運輸及通風(fēng)、排水要求外，還必須同時滿足運行期的應(yīng)用功能要求，具體包括：

（1）支洞縱坡不宜過陡?？紤]運行期放空后檢修的交通通道縱坡要求，施工支洞的局部坡比不宜陡于9%，間隔不超過150 m需設(shè)置一定的平坡段，洞底防滑設(shè)計。

（2）支洞洞口高程。既高于洞口外的設(shè)計洪水位要求，防止洞口外存在水系時，山洪進(jìn)入輸水隧洞；又高于洞內(nèi)可能達(dá)到的最高水位，避免調(diào)壓時溢流；另外，洞口段圍巖透水性較大時，還需注意洞口段襯砌防滲設(shè)計，減少內(nèi)水外滲。

（3）結(jié)構(gòu)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。改建為調(diào)壓井的施工支洞與輸水隧洞水體直接連通，工程等級、結(jié)構(gòu)設(shè)計宜參照輸水隧洞的襯砌標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)施工支洞與輸水隧洞交匯口埋深較大，而作為調(diào)壓井利用的施工支洞洞口高程較高時，為了滿足上述要求（1）和（2），可能造成施工支洞加長、出渣不便，這時可采用高低配洞口組合方案。即在施工支洞中部再設(shè)施工支洞，高洞口作為完建后的調(diào)壓井洞口，低洞口為臨時支洞口，完工時在分叉口封堵，平面布置見圖1。

圖1 調(diào)壓井高低配洞口組合方案圖

3.2 對水質(zhì)的影響分析

由于調(diào)壓井洞口高、交匯口低，與輸水隧洞水體交換程度低，故當(dāng)洞內(nèi)水位恒定時，理論上水體不循環(huán)，長時間運行后，如果水質(zhì)變差，將導(dǎo)致水位降低時劣質(zhì)水摻雜到輸水隧洞水體內(nèi)。因此，對千島湖配水工程調(diào)壓井表層水體水質(zhì)與輸水隧洞水體水質(zhì)同時進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果顯示：調(diào)壓井表層水體除pH值較輸水隧洞水體略高外，濁度、總氮、溶解氧、氨氮、總磷等指標(biāo)基本無變化。

3.3 運營期監(jiān)測布置

兼做調(diào)壓井的施工支洞是進(jìn)行運行期水位監(jiān)測的絕佳通道，除了可在洞壁布置水尺，方便人工測讀水位外，布置滲壓計自動測報水位意義重大。

由于洞內(nèi)水位波動范圍大，整體縱坡較緩，浮子式水位計容易卡阻，采用滲壓計進(jìn)行自動監(jiān)測較為妥當(dāng)。固定在洞壁上洞內(nèi)最低水位以下的水位計，在施工期或放空檢修期可人工進(jìn)行更換和率定，運行期則更換難度大。為此，千島湖配水工程采用浙江省水利水電勘測設(shè)計院的專利技術(shù)，一種用于緩坡斜井的壓力計安放裝置，利用尼龍滑塊配重和套管內(nèi)水柱重力下滑，利用鋼絲繩牽引取出，整個壓力計的安裝、率定及更換無需放空輸水隧洞，對工程運行無影響，可用于坡度緩至5%的緩坡斜井水壓自動監(jiān)測。壓力計安裝結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 調(diào)壓井內(nèi)的壓力計安裝結(jié)構(gòu)示意圖

4 改建分水口應(yīng)用技術(shù)

施工支洞改建為分水口時，有2類改建方式：一類是利用整個支洞斷面過流，常用于分水流量較大的情況；另一類是采用支洞內(nèi)置管道的方式，此時主支洞交匯口需設(shè)置堵頭。有壓輸水隧洞采用第二類布置方式較多，典型結(jié)構(gòu)見圖3。

本布置方案需注意以下問題：

（1）為避免對施工支洞進(jìn)行襯砌，以及設(shè)置通風(fēng)、照明和排水設(shè)施，建議分水口控制設(shè)施布置于施工支洞外；

（2）倒坡入洞的分水口應(yīng)在鋼管最高點布置排氣閥；

（3）洞內(nèi)管道需外包鋼筋混凝土，以防止長時間運行后，洞內(nèi)塌方砸壞供水管；

（4）內(nèi)置管道直徑小于1.0 m時，由于內(nèi)壁環(huán)向焊縫防腐涂層現(xiàn)場施工質(zhì)量難以保證，應(yīng)避免采用鍍鋅鋼管，盡量采用不銹鋼管或PE管。

圖3 分水口典型布置圖

5 改建交通洞及地下倉庫應(yīng)用技術(shù)

當(dāng)隧洞地表建筑物布置節(jié)制閘和檢修閘征地困難時，利用施工支洞在主支洞交匯口設(shè)置節(jié)制閥或檢修閥是可行的方案?？筛慕榻煌ǘ矗部衫檬┕ぶФ床糠侄炊巫鳛榈叵聜}庫使用。

5.1 改建交通洞

改建交通洞的主支洞交匯口需擴大開挖為地下閥室，閥室內(nèi)布置截止閥或檢修閥。改建交通洞除滿足作為施工支洞在施工期本身的出渣運輸及通風(fēng)、排水要求外，還必須同時滿足運行期的交通、照明、通風(fēng)、排水等功能要求（見圖4）。

圖4 改建交通洞典型斷面圖

具體設(shè)計要點包括：

（1）縱坡不宜過陡?？紤]運行期檢修截止閥或檢修閥的交通通道縱坡要求，施工支洞的局部坡比不宜陡于9%，間隔不超過150 m需設(shè)置一定的平坡段，洞底防滑設(shè)計。

（2）斷面結(jié)構(gòu)尺寸不宜太小。一是滿足地下檢修閥室的運行需求，需要檢修交通洞布置通風(fēng)管道、排水管道、電纜橋架、排水溝、照明等設(shè)備；二是要滿足截止閥或檢修閥內(nèi)外運輸最小斷面；三是局部洞段考慮不良地質(zhì)段二次混凝土襯砌。因此，改建交通洞斷面結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足二次混凝土襯砌完成，布置相應(yīng)管道后仍能夠運輸截止閥或檢修閥。

（3）結(jié)構(gòu)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。改建交通洞底板需全部二次混凝土襯砌，邊頂拱可根據(jù)圍巖地質(zhì)情況選擇是否二次混凝土襯砌。

5.2 改建地下倉庫

施工支洞改建地下倉庫，在需要改建洞段的末端設(shè)置封堵體及灌漿廊道，防止洞內(nèi)水繞滲至地下倉庫內(nèi)，同時在灌漿廊道前段設(shè)置集水井。地下倉庫設(shè)備盡可能放置于離洞口較近的洞段，值得注意的是，通風(fēng)管道需要延伸至封堵體及灌漿廊道附近。

6 結(jié) 語

千島湖配水工程已于2019年9月底正式通水運行，本著節(jié)約利用的原則，部分施工支洞在設(shè)計之初就結(jié)合綜合利用工程進(jìn)行布置，調(diào)壓井群在隧洞首次充排水過程中起到了排氣和巡檢的重要作用。總結(jié)有關(guān)綜合利用情況，主要成功經(jīng)驗如下：

（1）施工支洞本身洞口高程較高且上下游輸水隧洞較長時，作為運行期調(diào)壓井和放空檢修期交通洞的使用價值較大，應(yīng)盡量給予保留。

（2）輸水隧洞首端和末端的第一個施工支洞改建為流量計交通洞，用于安裝流量計，作為引水流量和供水流量的依據(jù)，對于判別隧洞滲漏或損失情況意義重大。

（3）改建為分水口的施工支洞，相關(guān)分水控制設(shè)施設(shè)置盡量布置在洞口，洞內(nèi)鋼管考慮耐久性要求外包混凝土處理。

（4）靠近城市或集鎮(zhèn)的施工支洞， 即使從安全考慮需要封堵，也可改建為帶堵頭的交通洞或洞口段局部保留作為地下倉庫。