引蘭入湯工程方案研究

引蘭入湯工程方案研究

1原洪水隧道錨點圍巖支護唐河水庫位于遼寧省遼陽市拱昌區(qū)。這是一個集防洪和供水于一體的綜合水庫，同時考慮灌溉、水產(chǎn)、發(fā)電等用途。工程建筑物包括3孔沖砂閘、溢流堰、渠首防護堤、輸水隧洞、洞后尾渠護岸工程等。引蘭入湯工程是將蘭河優(yōu)質(zhì)余水引入湯河水庫，經(jīng)過湯河水庫調(diào)節(jié)后，供給鞍山城市生活用水，以緩解鞍山城市供水緊張的局面。該工程位于遼陽縣甜水鄉(xiāng)謝家堡子村下游500m的蘭河干流上，經(jīng)過6.15km的引水隧洞，將水引入湯河水庫。輸水隧洞進口位于遼陽市遼陽縣甜水鄉(xiāng)古家子蘭河左岸，出口位于遼陽縣河欄鄉(xiāng)青風(fēng)寺。原輸水隧洞設(shè)計輸水能力為7m3/s。隧洞斷面根據(jù)施工揭露的隧洞圍巖地質(zhì)條件確定，分為兩大類，對隧洞進出口及斷層破碎帶等Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用復(fù)合襯砌隧洞襯砌斷面（2.5m×2.5m）底寬2.5m，直墻高1.25m，拱半徑1.25m，圓拱直墻斷面，圓心角180°；進出口采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.4m。淺埋段、斷層破碎帶、發(fā)育的溝谷段等Ⅳ、Ⅴ類圍巖，采用復(fù)合襯砌形式。側(cè)墻及頂拱一次支護采用噴錨混凝土0.1～0.5m，二次支護為0.25～0.3m鋼筋混凝土襯砌。底板為0.3～0.4m鋼筋混凝土。對于圍巖新鮮、完整的洞身Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖段，采用噴錨支護。噴錨段（3.0m×2.7m），底寬3m，直墻高1.55m，拱半徑1.69m，圓心角為150°；側(cè)墻及頂拱噴錨混凝土厚度為0.1m，底板現(xiàn)澆混凝土厚度為0.2m。鋼筋混凝土襯砌段與噴錨支護段采用混凝土漸變段連接。2通過擴大隧道供水能力2.1蘭河、細(xì)河的引細(xì)入湯工程隨著鞍山城市的發(fā)展，到2005年生活需水量增加7.38萬m3/d,2010年，生活需水量增加10.74萬m3/d，城市生活缺水嚴(yán)重制約鞍山的社會經(jīng)濟發(fā)展，為緩解城市供水問題，興建新水源十分必要。在鞍山市境內(nèi)已無可供城市生活用水開發(fā)的地表水水源，地下水開發(fā)受到限制。為解決鞍山市城市生活用水，只有在太子河的?窩水庫以上支流蘭河、細(xì)河上引水。蘭河由于年徑流量有限，已無多余水可引。但是，蘭河引水工程還沒有充分利用其輸水能力，因此，利用引蘭工程，增加向鞍山市供水成為可能。為盡快解決近期鞍山城市生活缺水緊張局面，提高細(xì)河水資源利用率，決定興建引細(xì)入湯工程。引細(xì)入湯工程任務(wù)是將細(xì)河的優(yōu)質(zhì)余水經(jīng)輸水洞調(diào)入蘭河，再通過蘭河引水隧洞將水引入湯河水庫，經(jīng)過湯河水庫的調(diào)節(jié)，供鞍山城市生活用水，這樣可以減少滲窩水庫棄水，提高水資源的利用效率。引蘭工程的輸水能力，將直接制約引細(xì)工程效益的發(fā)揮。蘭河引水工程設(shè)計引水能力為7m3/s，但通過調(diào)整樞紐運行方式，引水能力可達(dá)8m3/s，能夠滿足鞍山市缺水的需要,不需新建隧洞,可節(jié)省工程投資。引蘭工程隧洞經(jīng)過近6年的正常運行，滿足設(shè)計輸水能力，并具備加大輸水條件，因此對該隧洞實際輸水能力進行復(fù)核是十分必要的。2.2錨段輸水能力復(fù)核(1）襯砌段輸水能力復(fù)核?；炷烈r砌段面為圓拱直墻式，底寬2.5m，直墻高1.25m，拱半徑1.25m，圓拱直墻斷面，圓心角180°。根據(jù)竣工資料，襯砌段表觀平整，施工質(zhì)量優(yōu)良。隧洞過流按均勻流計算：式中Q—隧洞最大過流量；ω—過水面積，m2;C—謝才系數(shù)，C=R1/6,n為糙率系數(shù)；R—水力半徑，R=ω/χ，χ為濕周；i—隧洞底坡為0.1%。通過計算，當(dāng)洞內(nèi)水深h=1.78m，可通過8m3/s，隧洞凈空高0.72m，凈空面積20.96%。根據(jù)規(guī)范，若通氣條件良好，在恒定流條件下，水面線以上空間不宜小于隧洞斷面面積的15%，其凈空高不應(yīng)小于40cm，以上計算均滿足規(guī)范要求。隧洞內(nèi)部水流為緩流，流速為1.82m/s。(2）噴錨段輸水能力復(fù)核。噴錨斷面的確定。噴錨斷面原設(shè)計為圓拱直墻式。底寬3m，直墻高1.55m，拱半徑1.69m，圓心角150°。由于隧洞開挖采用光面爆破，嚴(yán)格控制開挖表面起伏差，使噴錨段隧洞平均起伏差得到合理控制；另一方面，在隧洞光面爆破過程中，要求隧洞開挖不得出現(xiàn)欠挖，因此施工時開挖斷面比設(shè)計斷面開闊，隧洞底部寬度都大于3m。采用隨機抽取具有代表性的三大段進行斷面分析，共55組隧洞斷面數(shù)據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計分析，隧洞竣工斷面平均寬度為3.23m，平均直墻高度為1.63m，平均起伏差為11.82cm。在復(fù)核噴錨段輸水能力時，采用復(fù)核斷面底寬3.2m，直墻高1.55m，圓拱直墻斷面隧洞平均起伏差取12cm。噴錨段輸水能力復(fù)核。噴錨混凝土糙率系數(shù)：式中n1—噴錨混凝土糙率系數(shù)；Rw—水力半徑；Δ—起伏差。噴錨混凝土綜合糙率系數(shù)：式中：n0—噴錨混凝土綜合糙率系數(shù)；n1—噴錨混凝土糙率系數(shù)；n2—襯砌混凝土糙率系數(shù)；s1—噴錨混凝土濕周；s2—襯砌混凝土濕周。噴錨段最大水面高度。隧洞過流按均勻流。式中Q—隧洞最大過流量。通過計算，當(dāng)洞內(nèi)水深h=1.95m，可通過8m3/s，隧洞凈空高0.75m，凈空面積20.73%。均滿足規(guī)范要求。根據(jù)以上計算，噴錨斷面可通過8m3/s，在引蘭隧洞加大到8m3/s時，隧洞凈空滿足要求，具備加大流量條件。3引蘭入湯洪水運用效果通過對引蘭隧洞輸水能力的復(fù)核，從理論上論證了引蘭工程擴大供水的可行性。隧洞進口進水閘采用微機監(jiān)測隧洞引水流量，本工程也發(fā)生過加大引水運用，最大加大流量曾達(dá)8.5m3/s，在對工程檢測中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，也證明了引蘭入湯輸水隧洞具備加大到8m3/s的能