官成水库六副坝2#放水隧洞加固设计

发表时间:2021/6/24   来源:《建筑实践》2021年6期   作者:陈荣慰
[导读] 官成水库坝址位于平南县官成镇官成村,座落在浔江支流的乌江中游的右岸—支沟上游。
        陈荣慰
        广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司,南宁  530023
        
1工程概况
        官成水库坝址位于平南县官成镇官成村,座落在浔江支流的乌江中游的右岸—支沟上游。坝址距官成镇1.5km。官成水库工程包括八宝引水工程、东干引水工程、官成水库蓄水工程、灌区渠系和发电站,是一座以灌溉为主,兼顾发电、供水等综合利用效益的中型水库。库区总集雨面积242km2,设计灌溉面积9.87万亩。
        官成水库于1969年9月动工兴建,1973年4月建成并投入运行。枢纽由主坝、副坝(12座)、溢洪道(1座)、放水系统(3座)、电站及引水工程等建筑物组成。
        官成水库总库容为2571万m3,设计洪水标准为50年一遇洪水设计,1000年一遇洪水校核,相应的设计洪水位为59.95m,校核洪水位为60.25m,正常蓄水位为59.73m,死水位为42.23m;消能防冲建筑物按30年一遇洪水设计。水库工程等别为Ⅲ等,主要建筑物级别为3级。
        
2  隧洞加固设计
2.1 隧洞现状
        六副坝2#放水隧洞布置在六副坝左坝肩,由进口段、洞身段、闸门竖井段组成,总长127m。进口段长30m,末端设有拦污栅。洞身段长94.4m,隧洞底坡1/100,进口底高程为44.73m,出口高程为43.73,隧洞直径2m,混凝土衬砌壁厚0.3m,混凝土强度为C20,外层配筋φ8@200。闸门段长3.0m,闸门竖井为圆筒形混凝土结构,竖井内设有工作闸门及启闭机。出口接发电机组及干渠。发电设计输水流量7.5m3/s。
现场检查发现隧洞存在的主要问题:水库高水位放水运行时,隧洞顶部的坝坡存在冒水现象,判断为隧洞漏水。
根据检查发现的问题对隧洞衬砌结构进行复核:
        (1)计算断面选取
        根据放水隧洞衬砌结构分布及坝体渗润线情况,选择位于坝顶正下方外水压力较大、管顶填土较高的断面进行衬砌结构复核计算,断面简图如图1。

图1    放水隧洞断面简图  (单位:mm)

        
        (2)计算工况及荷载组合
        计算荷载有:衬砌自重、水重、内外水压力、垂直土压力、侧向土压力、支座反力及地面荷载等。计算工况及荷载组合见表1。

        


        经复核计算,每米隧洞衬砌混凝土内外层分别需配钢筋5φ20,即2x5φ20@200(AS=3140mm2),放水隧洞实际配筋φ8@200×200,放水隧洞衬砌混凝土实际配筋不满足要求。
        
2.2 加固方案选择
        针对隧洞的问题,取两种常用的加固方案进行比选:方案一为对原隧洞原址加固;方案二为新建放水隧洞,封堵原放水隧洞。
        方案一:放水隧洞洞内壁设10mm钢管衬砌,并维修加固原放水塔。方案二:新建放水隧洞布置在原放水隧洞左侧33m处,由进口明渠段、放水塔、隧洞段组成,隧洞总长165m,隧洞内径为2m,原放水隧洞采用微膨胀混凝土封堵。
        经比较,方案一的优点是方案简单、投资较省、施工工期短;缺点是仍保留坝内压力涵管,洞径较小,加固施工不太方便。方案二的优点是消除坝内压力涵管的安全隐患,加固相对彻底;缺点是投资较大,新建放水系统围岩类别为Ⅴ类,围岩稳定性差,需要采取支护措施。
        综上所述,基于工程投资控制考虑,推荐方案一。隧洞钢衬因内径较小,建设中加强施工管理。
        
2.3 加固设计
        隧洞经比较分析后采用钢管内衬的加固方案,主要加固措施:
        (1)隧洞管壁凿毛并刷洗干净后用厚10mm钢板衬砌,钢板采用Q345-B级低合金高强度结构钢,钢管内径1.8m,每隔2m设加劲环。与放水塔连接的钢衬首端设3道止水环。钢衬内壁的防腐材料选用:环氧富锌底漆60μm,环氧云铁中间漆80μm,环氧面漆120μm。
        (2)钢衬与原衬砌混凝土间回填灌注M20微膨水泥砂浆。回填灌浆孔采用钢管预留孔,沿隧洞纵向的排距为3m,每排孔按径向等距布孔。回填灌浆孔采用梅花型布置,即相邻两排孔错开半个孔距。
        (3)回填灌浆结束后采用锤击法检查,如钢板脱空范围面积大于0.5m2,采用接触灌浆充填。
        原放水隧洞加固设计见图2。

图2    放水隧洞加固设计典型断面图  (单位:mm)

2.4 加固设计计算
(1)放水系统水头损失计算

     
        由表2可知,加固后水头损失比加固前增加0.07 m,增加值较小,不影响电站发电。
(2)钢管衬砌结构复核
        根据《水电站压力钢管设计规范》(SL281-2003)计算公式进行钢板衬砌厚度、管壁应力和抗外压稳定计算:
        ① 管壁厚度t计算公式:

        
3  结论
        水库除险中隧洞加固较为常见,钢管内衬方案具有方案简单可靠、投资较省的明显特点。官成水库六副坝2#放水隧洞经比较分析后采用钢管内衬的加固方案,目前项目已实施完成并投入运行使用,隧洞运行良好,没有发现钢衬变形、隧洞漏水现象。该设计成果可为相似工程的设计人员提供借鉴。
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