水库一洞三用取放水隧洞方案设计

方案优化设计过程中，综合考虑工程占地、施工难度等因素，从技术可靠性、经济合理性、施工便捷性等方面，优选“利用临时导流隧洞改造为后期有压取水/放空隧洞”的一洞三用取放水方案。并经水力计算、稳定性计算等计算分析，论证结果表明设计方案及参数指标均满足规范要求，具有较高的安全可靠性、施工便捷性和经济合理性，为工程施工建设提供了重要技术指导。

关键词：水库;导流隧洞;水工建筑物;取放水;放空洞

1 工程概况

某水库以城市供水为主，兼顾农村人饮、农田灌溉和生态环境修复等功能。水库坝址以上流域面积为28.5km3，多年平均径流量1584.6万立方米，多年平均降水量977.40mm。水库正常蓄水位为932.50m，死水位910.50m，正常库容867.8万立方米，总库容912.7万立方米，年供水能力908.5万立方米/年。总库容912.7万立方米属于0.01～0.10亿立方米范畴，该水库为IV等小（1）型水库，水库防洪等级一般[1]。

2 取放水隧洞建筑物方案比选分析

2.1 取放水隧洞方案的综合比选

根据水库坝址区的地形地质条件并结合水库工程特性、输水管线布置等因素，在方案比选过程中设计出三种方案进行对比分析，即：方案一：在大坝右岸单独新建取水隧洞实现供水;方案二：改造利用大坝临时导流隧洞为后期的有压取水/放空隧洞（方案组成为：“龙抬头”岸塔式取水口+有压洞身+出口接取/放水管）;方案三：改造利用大坝临时导流隧洞为后期的无压取水/放空隧洞（方案组成为：“龙抬头”岸塔式取水口+无压洞身+洞内穿取/放水管）。为了确保方案具有较高的安全可靠性和节能经济性，将三个设计方案从技术、经济等方面进行对比分析，其分析成果如表1所示。

从表1对比分析成果可以看出：在大坝右岸新建有压取水隧洞方案相比改造临时导流隧洞方案，其具有布置紧凑、施工便捷、工期较短等优点，但其整体投资最大，综合投资性价比较低;利用临时导流隧洞改为后期无压取放水方案，压力管线增加较长，需要压力钢管约186t，综合投资需要1175.21万元，较不经济。经技术、经济、施工便捷等方面的综合对比分析，设计推荐采用“改造利用临时导流隧洞为后期的有压取水/放空隧洞”的设计方案，实现一洞三用即在实现水库可靠供水功能的基础上，合理利用水库大坝结构和临时建筑物，实现资源的再利用，工程投资和施工建设可靠且经济。

2.2 一洞三用取放水隧洞建筑物结构设计

将临时导流隧洞出口改造修筑成取水口和放空洞，即：取水口+隧洞“龙抬头”改造段+有压隧洞洞身+放空洞和取水压力管口等部分组成。经方案优化布置和计算分析，整个隧洞长度为267m，其中取水口闸室段长7.20m，“龙抬头”改造段长8.50m，与导流隧洞共用隧洞洞身长239.3m，出口放空闸室段长12.0m。在取水口进口处设置1扇3.0×2.0m（长×高）的拦污栅和1扇2.0×2.0m（长×高）的检修闸门。进口闸井底板高程为908.00m，进口段经水平和竖向转弯改造后（在取0+000.00～取0+015.70处）接到导流隧洞洞身内部，中段采用导流隧洞洞身供水（在取0+015.70～取0+255.00处），在导流隧洞出口处右侧采用φ800钢管将水接至出口闸阀室，并根据规范和计算值在闸阀前设置φ300mm农田灌溉兼生态环境修复放水管。导流洞出口处改造后作为水库放空洞，设置1扇1.5×1.5m（长×高）的弧形工作闸门，放空洞底板高程为890.64m。

3 一洞三用取放水隧洞建筑物水力计算分析

3.1 取放水隧洞建筑物水头损失计算

根据李炜主编《水力计算手册》和《水工建筑物水力学计算软件》所列公式和参数指标进行电化运算，计算中隧洞钢筋混凝土衬砌其糙率系数选择为n=0.014，而压力钢管其糙率系数选择为n=0.012，经计算隧洞进口段水力损失为0.22m，隧洞洞身段水力损失为0.01m，压力钢管段水力损失为0.04m，总计为0.27m，水力损失较小，满足可靠供水需求。

3.2 取放水隧洞建筑物泄流能力计算

按照《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）推荐公式进行计算，计算结果表明：当水库水位处于死水位910.50m工况时，在闸阀全开条件下，隧洞最大泄流流量为Q=0.98m3/s，比引用流量0.672m3/s（其中：城市供水流量为0.397m3/s，农田灌溉供水流量为0.213m3/s，生态环境修复流量为0.062m3/s），表明优化设计的隧洞水工建筑物的尺寸、结构等均满足泄流能力技术指标。

3.3 取放水隧洞建筑物最小淹没深度计算

运用设计规范推荐的戈登公式计算引水隧洞进水口最小淹没水深计算，其中进水口形状系数取0.73;闸孔断面的流速经计算为0.131m/s;闸孔高度为2.0m。经计算得：进水口最小淹没水深为0.135m。而取水兼放空隧洞进口底板高程设置为908.00mm，在水库处于死水位910.50m时，闸孔顶板以上最小水深大于0.135m。水库设计坝前淤沙高程为907.23m，低于进水口底板高程0.77m，能够满足水库安全可靠取水要求，设计高程准确合理。

3.4 取放水隧洞闸室稳定性分析

经闸室抗滑稳定性计算、抗倾覆稳定计算、抗浮稳定计算等[2]，计算结果表明：闸室在各工况条件下其抗滑稳定安全系数基本组合最小值为3.36，特殊组合为2.71，大于规范规定基本组合3.0和特殊组合2.5的技术指标;闸室在各工况条件下其抗倾覆稳定安全系数基本组合最小值为1.39，特殊组合为1.26，大于规范规定基本组合1.30和特殊组合1.15的技术指标;闸室在各工况条件下其抗浮稳定安全系数基本组合最小值为1.45，特殊组合为1.27，大于规范规定基本组合1.10和特殊组合1.05的技术指标。闸室抗滑稳定性、抗倾覆稳定和抗浮稳定均较好。

4 结束语

为确保水库隧洞水工建筑物设计方案，具有较高安全可靠性和节能经济性，在规划设计阶段对方案进行了详细比选及计算论证分析，推荐采用改造临时导流隧洞为有压取水/放空隧洞的一洞三用取放水方案。

参考文献

[1]SL279-2002.水工隧洞设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2002.

[2]SL285-2003.水利水电工程进水口设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2003.

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