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摘要：塘灣水庫壩下涵管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，內(nèi)襯鋼板銹蝕，存在接縫漏水問題；豎井混凝土老化，木閘門腐爛磨損，螺桿啟閉機(jī)操作困難等問題。文章對(duì)壩下涵管原址拆除重建與新建灌溉發(fā)電隧洞兩種方案進(jìn)行比選，從工程投資、施工安全以及大壩防滲等安全角度綜合考慮，最終選定新建灌溉發(fā)電隧洞方案，對(duì)原壩下灌溉發(fā)電涵管進(jìn)行封堵。文章簡要介紹了新建灌溉發(fā)電隧洞的工程布置，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定。

關(guān)鍵詞：水庫除險(xiǎn)加固工程；壩下輸水涵管；新建灌溉發(fā)電隧洞

１工程概況

塘灣水庫位于江西省貴溪市塘灣鎮(zhèn)賽前村，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。樞紐工程主要建筑物包括：大壩、溢洪道、壩下涵管、電站及水庫灌區(qū)渠系建筑物等。塘灣水庫壩下輸水涵管位于右端壩下，原涵管為鋼筋混凝土圓形壓力管，管徑１．２ｍ，管壁厚０．２５ｍ，進(jìn)口底板高程為９４．５ｍ，出口底板高程為９３．０ｍ，全長１７２．５ｍ。１９７５年塘灣水庫壩后電站建成，發(fā)電試機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)涵管嚴(yán)重漏水，并帶有大壩土料，即停止發(fā)電。１９７６年冬豎井后壩下涵管豎井后至尾部彎頭處鋼筋混凝土圓形壓力管內(nèi)以８～１０ｍｍ厚鋼板內(nèi)襯加固長８３．８ｍ，作為發(fā)電、灌溉取水用涵管，由豎井控制取水。鋼管與原鋼筋混凝土管之間采用回填灌漿，內(nèi)襯后管道短時(shí)間運(yùn)行較好，但１９９１年涵管再次出現(xiàn)漏水，經(jīng)檢查襯砌鋼管的接縫處有４條裂縫，且鋼管與原涵管之間有空洞現(xiàn)象，同年冬，對(duì)涵管已開裂的焊縫重新焊接，并采用ＰＣＣ材料拌水泥進(jìn)行灌漿處理，施工時(shí)將與涵管連接的發(fā)電管道拆除１０ｍ重新澆注。１９９９年冬又發(fā)現(xiàn)涵管漏水，至今未再做任何處理［１－４］。

２壩下涵管存在主要問題

２．１安全鑒定結(jié)論

壩下涵管豎井前段為鋼筋混凝土圓形壓力管；豎井后段為鋼筋混凝土圓形壓力管內(nèi)襯鋼板，混凝土圓形壓力管老化、裂縫漏水，后段內(nèi)襯鋼管回填灌漿不密實(shí)，鋼板銹蝕，接縫漏水。豎井混凝土老化，木閘門腐爛磨損，漏水嚴(yán)重，螺桿啟閉機(jī)人工操作困難。通過對(duì)壩下涵管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算，壩下涵管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能滿足要求，壩下涵管結(jié)構(gòu)安全性為Ｃ級(jí)。

２．２現(xiàn)場檢查及地勘發(fā)現(xiàn)問題

現(xiàn)場檢查時(shí)由于庫水位較高，水庫正供水發(fā)電，無法放空水庫，控制閘門為木閘門，木閘門陳舊磨損，閘門無法緊密關(guān)閉，漏水嚴(yán)重，出口閘閥無進(jìn)人孔，人員無法入內(nèi)檢查，根據(jù)管委會(huì)工作人員介紹與查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)混凝土圓形壓力管老化、裂縫漏水，后段內(nèi)襯鋼管回填灌漿不密實(shí)，鋼板銹蝕，接縫漏水。豎井混凝土老化，螺桿啟閉機(jī)人工操作困難。經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)，涵管基礎(chǔ)均坐落于全風(fēng)化花崗巖上，承載力滿足要求，基本不存在變形穩(wěn)定問題。但由于使用年限已達(dá)５０年之久，存在混凝土圓形壓力管老化、裂縫漏水，后段內(nèi)襯鋼管回填灌漿不密實(shí)，鋼板銹蝕，接縫漏水問題及安全隱患：還存在豎井混凝土老化，木閘門腐爛磨損，漏水嚴(yán)重，螺桿啟閉機(jī)人工操作困難問題及安全隱患：經(jīng)前期勘察檢測豎井混凝土強(qiáng)度推定值為１１．４ＭＰａ，強(qiáng)度值偏低，出現(xiàn)混凝土老化現(xiàn)象，建議對(duì)其進(jìn)行處理。

３壩下涵管加固設(shè)計(jì)方案比選

由于壩下涵管管身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求，采用高強(qiáng)砂漿修補(bǔ)提高不了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，且難以保證效果；對(duì)涵管進(jìn)行內(nèi)襯鋼筋混凝土雖能滿足強(qiáng)度要求，但大大縮小了隧洞洞徑，改變了原有過流規(guī)模，且影響涵管檢修和發(fā)電站的正常使用，故本階段加固設(shè)計(jì)擬定以下兩種方案進(jìn)行比較：方案一：原址拆除重建加固方案。對(duì)原涵管進(jìn)行挖除重建，涵管總長１７２．５ｍ，斷面型式為鋼筋混凝土襯砌圓形涵管，內(nèi)徑１．８ｍ，襯砌厚度０．４ｍ。拆除重建進(jìn)口閘室及出水口，新設(shè)閘門及其啟閉設(shè)備。方案二：新開洞線方案。在壩肩新開一條洞線，隧洞總長１９５．６ｍ，斷面型式為鋼筋混凝土襯砌圓形隧洞，內(nèi)徑１．８ｍ，襯砌厚度０．４ｍ。新建進(jìn)口閘室及出水口，新設(shè)閘門及其啟閉設(shè)備，對(duì)原壩下灌溉發(fā)電涵管進(jìn)行封堵處理，并進(jìn)行回填灌漿。兩種方案比較情況見表１。從表１比較結(jié)果可知，方案二較方案一投資較小，同時(shí)方案一無施工導(dǎo)流設(shè)施，圍堰工程量較大，且涵管開挖邊坡高度達(dá)３０ｍ，不利于安全施工。另外壩下設(shè)涵管對(duì)大壩滲流安全留有隱患，因此本次加固處理采用方案二（新開隧洞方案）。由于右岸的溢洪道進(jìn)口緊鄰大壩，大壩和溢洪道之間的山體較單薄，頂部及大壩側(cè)圍巖厚度受限制，成洞條件較差；如在溢洪道遠(yuǎn)離大壩一側(cè)新建隧洞，洞線較長且需要穿越溢洪道，頂部圍巖厚度受限制；另新建隧洞布置在右岸對(duì)溢洪道行洪及以后運(yùn)行管理都有影響。綜合以上因素，本次新建隧洞洞線布置于左岸壩肩山體。

４新建灌溉發(fā)電隧洞設(shè)計(jì)

新建發(fā)電灌溉隧洞由進(jìn)水閘、進(jìn)口漸變段、洞身段、出口漸變段、出口閥房組成。進(jìn)水閘閘室長１０．８ｍ，閘墩厚１．５ｍ，閘墩頂高程為１２３．３ｍ，底板高程為９３．８ｍ。閘室布置檢修閘門、工作閘門各一道，工作閘門后設(shè)通氣進(jìn)人孔。閘墩上部布置啟閉機(jī)房，閘墩頂設(shè)２．６ｍ寬的交通橋與大壩壩頂路面相接。隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，內(nèi)徑１．８ｍ，襯砌厚０．４ｍ，隧洞總長１９５．６ｍ，隧洞縱坡０．４２％。隧洞０＋０００．０～隧洞０＋００６．０ｍ為進(jìn)口漸變段，隧洞０＋００６．０～隧洞０＋０５２．７ｍ為直線段，隧洞０＋０５２．７ｍ～隧洞０＋１１９．３ｍ為平彎段，轉(zhuǎn)彎半徑６０．３ｍ，轉(zhuǎn)角６３．２９°，弧長６６．６ｍ；隧洞０＋１１９．３～０＋１８９．６ｍ段為直線段，隧洞０＋１８９．６～隧洞０＋１９５．６ｍ為出口漸變段。隧洞全線進(jìn)行回填及固結(jié)灌漿，回填灌漿為全線布置于隧洞頂拱１２０°范圍內(nèi)，固結(jié)灌漿沿軸線方向間距為３ｍ，每個(gè)斷面設(shè)６個(gè)固結(jié)灌漿孔，夾角為６０°，孔深３．０ｍ?？紤]到庫水的侵蝕性，隧洞各部位混凝土采用低堿性水泥或摻粉煤灰拌制，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為Ｃ２５?？紤]到隧洞進(jìn)、出口明挖段邊坡較高且陡，本次設(shè)計(jì)對(duì)隧洞進(jìn)出口開挖邊坡進(jìn)行適當(dāng)襯護(hù)，襯護(hù)采用１０ｃｍ厚掛網(wǎng)噴Ｃ２０混凝土，坡面設(shè)排水孔，頂部和側(cè)邊設(shè)置排水溝。由于隧洞洞線改線，隧洞出口在大壩左岸，為不影響發(fā)電廠房的發(fā)電效率，將發(fā)電廠房挪至左岸壩腳，新建長１３．０ｍ，寬１１．０ｍ的集水池和凈寬３．６ｍ、長６０．０ｍ的渡槽（共６節(jié)，每節(jié)１０．０ｍ）將發(fā)電尾水和灌溉用水引入原集水池。為控制和調(diào)配流量，拆除重建干渠渠首分水閘及放空分水閘。干渠渠首分水閘底板高程９２．２５ｍ，孔寬２．５ｍ；東干渠渠首分水閘底板高程９２．２５ｍ，孔寬２．２ｍ。灌溉干渠一條，長０．７５ｋｍ，引用流量２．７ｍ３／ｓ，現(xiàn)狀為襯砌，渠底寬２．５～４．０ｍ，渠高１．５～４．８ｍ，本次設(shè)計(jì)采用梯形斷面，邊坡１∶２，采用Ｃ２５混凝土護(hù)底和護(hù)坡，護(hù)底厚０．３０ｍ，護(hù)坡厚０．１５ｍ，每１０ｍ分縫，并設(shè)止水銅片止水，聚乙烯閉孔泡沫板填縫，渠底寬度不小于４ｍ。

５隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算

灌溉隧洞內(nèi)徑１．８ｍ，壁厚０．４０ｍ，總長１９５．６ｍ，進(jìn)水口底板高程９３．８ｍ。根據(jù)地勘資料，樁號(hào)０＋０００～０＋０１４段為強(qiáng)～弱上風(fēng)化花崗巖，地質(zhì)構(gòu)造較簡單，上部有效圍巖較薄，洞頂穩(wěn)定性較差，洞室圍巖屬Ⅴ類圍巖，施工開挖需考慮必要的剛性支護(hù)措施，樁號(hào)０＋０１４～０＋０３１及樁號(hào)段為加里東期（ｒ３３）花崗巖，部分為變質(zhì)砂巖捕俘體，樁號(hào)０＋０５３～０＋０７０ｍ及樁號(hào)０＋１４９～０＋１８９．６０洞室圍巖呈弱下風(fēng)化狀，洞頂穩(wěn)定性較差，洞室圍巖屬Ⅲ～Ⅳ圍巖，不穩(wěn)定；樁號(hào)０＋０７０～０＋１４９洞室圍巖呈微風(fēng)化狀，圍巖較堅(jiān)硬完整，圍巖工程地質(zhì)分類屬Ⅱ～Ⅲ類，以Ⅲ類為主，邊坡穩(wěn)定性較好，受ＮＷ／ＳＷ（ＮＥ）節(jié)理切割影響，局部穩(wěn)定性較差。襯砌混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用Ｃ２５混凝土，隧洞襯砌混凝土厚度４０ｃｍ，采用雙層配筋，保護(hù)層厚度５ｃｍ。本次對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及限裂進(jìn)行計(jì)算，荷載計(jì)算主要考慮圍巖壓力、襯砌自重、靜水壓力及灌漿壓力等。根據(jù)灌溉隧洞不同運(yùn)行條件，結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮施工期，校核洪水位及空管檢修等不同荷載組合情況，荷載組合見表2.經(jīng)計(jì)算，各工況下隧洞洞壁內(nèi)力值見表３。通過計(jì)算，隧洞內(nèi)側(cè)最大配筋值為６４２ｍｍ２，外側(cè)配筋值為４７１ｍｍ２；擬采用內(nèi)外側(cè)對(duì)稱配筋為Φ１４＠２００（Ａｇ′＝７７０ｍｍ２）。根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＳＬ／Ｔ１９１—２００８）對(duì)隧洞襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗裂計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，混凝土最大拉應(yīng)力Ｎｌ＝８６．１ｋＮ＜（ａｃｔγｍｆｔｋＡ０Ｗ０）／（ｅ０Ａ０＋γｍＷ０）＝３６３．５ｋＮ，鋼筋混凝土襯砌抗裂已滿足規(guī)范要求。

６結(jié)語

水庫除險(xiǎn)加固工程中對(duì)壩下涵管的加固設(shè)計(jì)一直是類似工程中需要解決的重點(diǎn)難點(diǎn)，尤其是運(yùn)行多年的壩下涵管，存在諸多隱患，如若對(duì)其進(jìn)行原址拆除重建，將會(huì)引發(fā)高邊坡穩(wěn)定以及大壩滲流穩(wěn)定等安全隱患，在易址新建隧洞投資不是很大的情況，選擇新建隧洞方案則不會(huì)有上述安全隱患。塘灣水庫壩下涵管加固選擇封堵原壩下涵管，易址新建灌溉發(fā)電隧洞設(shè)計(jì)方案，該方案成功地解決了水庫除險(xiǎn)加固工程中壩下涵管加固設(shè)計(jì)的難題，具有一定的參考借鑒價(jià)值。

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作者：曾小波 熊一民 單位：鷹潭市河湖管理保護(hù)綜合行政執(zhí)法支隊(duì)