引兰入汤工程方案研究

引兰入汤工程方案研究

1原洪水隧道锚点围岩支护唐河水库位于辽宁省辽阳市拱昌区。这是一个集防洪和供水于一体的综合水库，同时考虑灌溉、水产、发电等用途。工程建筑物包括3孔冲砂闸、溢流堰、渠首防护堤、输水隧洞、洞后尾渠护岸工程等。引兰入汤工程是将兰河优质余水引入汤河水库，经过汤河水库调节后，供给鞍山城市生活用水，以缓解鞍山城市供水紧张的局面。该工程位于辽阳县甜水乡谢家堡子村下游500m的兰河干流上，经过6.15km的引水隧洞，将水引入汤河水库。输水隧洞进口位于辽阳市辽阳县甜水乡古家子兰河左岸，出口位于辽阳县河栏乡青风寺。原输水隧洞设计输水能力为7m3/s。隧洞断面根据施工揭露的隧洞围岩地质条件确定，分为两大类，对隧洞进出口及断层破碎带等Ⅳ、Ⅴ类围岩采用复合衬砌隧洞衬砌断面（2.5m×2.5m）底宽2.5m，直墙高1.25m，拱半径1.25m，圆拱直墙断面，圆心角180°；进出口采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.4m。浅埋段、断层破碎带、发育的沟谷段等Ⅳ、Ⅴ类围岩，采用复合衬砌形式。侧墙及顶拱一次支护采用喷锚混凝土0.1～0.5m，二次支护为0.25～0.3m钢筋混凝土衬砌。底板为0.3～0.4m钢筋混凝土。对于围岩新鲜、完整的洞身Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩段，采用喷锚支护。喷锚段（3.0m×2.7m），底宽3m，直墙高1.55m，拱半径1.69m，圆心角为150°；侧墙及顶拱喷锚混凝土厚度为0.1m，底板现浇混凝土厚度为0.2m。钢筋混凝土衬砌段与喷锚支护段采用混凝土渐变段连接。2通过扩大隧道供水能力2.1兰河、细河的引细入汤工程随着鞍山城市的发展，到2005年生活需水量增加7.38万m3/d,2010年，生活需水量增加10.74万m3/d，城市生活缺水严重制约鞍山的社会经济发展，为缓解城市供水问题，兴建新水源十分必要。在鞍山市境内已无可供城市生活用水开发的地表水水源，地下水开发受到限制。为解决鞍山市城市生活用水，只有在太子河的?窝水库以上支流兰河、细河上引水。兰河由于年径流量有限，已无多余水可引。但是，兰河引水工程还没有充分利用其输水能力，因此，利用引兰工程，增加向鞍山市供水成为可能。为尽快解决近期鞍山城市生活缺水紧张局面，提高细河水资源利用率，决定兴建引细入汤工程。引细入汤工程任务是将细河的优质余水经输水洞调入兰河，再通过兰河引水隧洞将水引入汤河水库，经过汤河水库的调节，供鞍山城市生活用水，这样可以减少渗窝水库弃水，提高水资源的利用效率。引兰工程的输水能力，将直接制约引细工程效益的发挥。兰河引水工程设计引水能力为7m3/s，但通过调整枢纽运行方式，引水能力可达8m3/s，能够满足鞍山市缺水的需要,不需新建隧洞,可节省工程投资。引兰工程隧洞经过近6年的正常运行，满足设计输水能力，并具备加大输水条件，因此对该隧洞实际输水能力进行复核是十分必要的。2.2锚段输水能力复核(1）衬砌段输水能力复核。混凝土衬砌段面为圆拱直墙式，底宽2.5m，直墙高1.25m，拱半径1.25m，圆拱直墙断面，圆心角180°。根据竣工资料，衬砌段表观平整，施工质量优良。隧洞过流按均匀流计算：式中Q—隧洞最大过流量；ω—过水面积，m2;C—谢才系数，C=R1/6,n为糙率系数；R—水力半径，R=ω/χ，χ为湿周；i—隧洞底坡为0.1%。通过计算，当洞内水深h=1.78m，可通过8m3/s，隧洞净空高0.72m，净空面积20.96%。根据规范，若通气条件良好，在恒定流条件下，水面线以上空间不宜小于隧洞断面面积的15%，其净空高不应小于40cm，以上计算均满足规范要求。隧洞内部水流为缓流，流速为1.82m/s。(2）喷锚段输水能力复核。喷锚断面的确定。喷锚断面原设计为圆拱直墙式。底宽3m，直墙高1.55m，拱半径1.69m，圆心角150°。由于隧洞开挖采用光面爆破，严格控制开挖表面起伏差，使喷锚段隧洞平均起伏差得到合理控制；另一方面，在隧洞光面爆破过程中，要求隧洞开挖不得出现欠挖，因此施工时开挖断面比设计断面开阔，隧洞底部宽度都大于3m。采用随机抽取具有代表性的三大段进行断面分析，共55组隧洞断面数据。根据统计分析，隧洞竣工断面平均宽度为3.23m，平均直墙高度为1.63m，平均起伏差为11.82cm。在复核喷锚段输水能力时，采用复核断面底宽3.2m，直墙高1.55m，圆拱直墙断面隧洞平均起伏差取12cm。喷锚段输水能力复核。喷锚混凝土糙率系数：式中n1—喷锚混凝土糙率系数；Rw—水力半径；Δ—起伏差。喷锚混凝土综合糙率系数：式中：n0—喷锚混凝土综合糙率系数；n1—喷锚混凝土糙率系数；n2—衬砌混凝土糙率系数；s1—喷锚混凝土湿周；s2—衬砌混凝土湿周。喷锚段最大水面高度。隧洞过流按均匀流。式中Q—隧洞最大过流量。通过计算，当洞内水深h=1.95m，可通过8m3/s，隧洞净空高0.75m，净空面积20.73%。均满足规范要求。根据以上计算，喷锚断面可通过8m3/s，在引兰隧洞加大到8m3/s时，隧洞净空满足要求，具备加大流量条件。3引兰入汤洪水运用效果通过对引兰隧洞输水能力的复核，从理论上论证了引兰工程扩大供水的可行性。隧洞进口进水闸采用微机监测隧洞引水流量，本工程也发生过加大引水运用，最大加大流量曾达8.5m3/s，在对工程检测中未发现异常现象，也证明了引兰入汤输水隧洞具备加大到8m3/s的能