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高家湾水库放水洞除险加固改造设计方案分析研究
石桂萍（SHI Gui-ping)(山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024)摘要：本文通过对高家湾水库放水建筑物改建方案的分析比较，选出了经济合理的最优设计方案，通过介绍选定方案的设计要点，为类似的小型病险水库的除险加固设计提供了参考范例。
关键词：放水建筑物；除险加固；方案比较
[Abstract]: In this paper, several alteration programs of water release works in Gaojiawan Reservoir are analyzed and compared, and the most rational and optimal program is selected.The key design points of the selected program are introduced, and it can be a good reinforcement example for the other similar small reservoirs.[Keywords]: water release works；Reinforcement；Project comparison 中图分类号：TV672+.2
文献标识码：B 1 工程概况
高家湾水库位于岢岚县岚漪河东川上游，在县城以东13km的宋家沟乡高家湾村附近。是一座具有防洪、灌溉、发电、养鱼等综合利用的年调节小（Ⅰ）型水库。水库设计总库容650万m3，控制面积为274km，最大设计坝高24.4m。流域长度为21.5 km，流域宽度为
212.25 km，流域纵坡为21.2‰。流域内年平均降水量为516mm，年平均径流量3060万m，年平均输沙量38.82万t。流域内属变质岩构造，土石山区，植被覆盖较差，有清水流量为0.15～0.8m/s。
该工程于1971年动工兴建，1973年竣工，属于“三边”工程。枢纽工程主要有大坝、泄洪工程和灌溉发电放水工程。土坝为均质土坝，主要用水力冲填和碾压法施工。水库经过多年运行后出现淤积严重、溢流堰迎水面侧墙倾斜、坝内输水砼压力管道漏水等严重问题。本文就坝内放水建筑物除险加固改造设计方案进行分析探讨。存在问题及加固改造的内容
33放水建筑物放水洞位于大坝的左岸，埋设在溢流坝的右边墙内，为直径0.8m的预应力钢筋混凝土压力管，橡胶止水接头，引水管道全长69m，纵坡1/100，最大引水流量2m/s，进口设竖井，井内为钢筋混凝土平板闸门，用5t手动葫芦启闭，出口采用闸阀控制。
现状放水洞主要存在以下问题：
1）埋设放水洞的溢流坝右边墙墙体出现漏水现象； 2）进水塔竖井偏低；
3）连接坝体和进水塔竖井的交通桥是用斜面钢质踏步相连，为钢筋隔空焊接，通行十分不便，而且十分危险；
4）进水闸由倒轮人工启闭，管理不便；
5）灌溉和发电转换闸门破损严重漏水，与放水洞出口相接的电站已报废。
3经安全鉴定，放水洞洞身结构处于不稳定状态。并且影响溢流堰浆砌石墙体的稳定，向坝体内漏水，久而久之将直接影响坝体的安全。改建的必要性
放水洞的作用是为电站及下游南、北干渠所覆盖的灌区输水。目前，虽然电站已经报废，北干渠灌区配套工程不全。但南干渠所覆盖的9372亩耕地还依赖水库灌溉，并且北干渠下游附近村庄老百姓的吃水问题依靠水库解决，因此放水洞在水库的各种效益中有着举足轻重的作用，加固或改建放水洞势在必行。
现状放水涵洞由于漏水严重，结构处于不稳定状态，影响溢流堰浆砌石墙体的稳定，向坝体侧漏水，长期下去将直接影响坝体的安全。若不对放水洞进行处理，将成为日后水库的最大安全隐患，因此，对现有放水洞进行加固或封堵处理，成为消除水库安全隐患，保障水库正常运行，保障水库下游3.2万人口的生命财产安全必须解决的问题。除险加固设计要点
根据高家湾水库枢纽工程现状地形及地质条件，经现场察勘，就左岸、右岸新建放水洞以及加固原放水洞三种改造方案进行分析比较，并对确定方案的设计要点进行介绍。4.1各方案布置
1）左岸放水洞方案（方案一）
该方案将放水洞布置于大坝泄洪工程左侧，靠近主河槽，为有压洞，轴线布置呈直线与曲线组合形式，由一段圆弧与两段直线组成，圆弧曲率半径13.5m，圆心角32.8°，放水洞总长121m；由引渠段、进口段、竖井式进水塔段、洞身段、出口闸阀、消力井等组成。
2）右岸放水洞方案（方案二）
该方案将放水洞布置于大坝的右侧，距主河槽较远，也为有压洞，轴线布置与方案一相似，呈直线与曲线组合形式。由一段圆弧与两段直线组成，圆弧曲率半径17.5m，圆心角32.8°，放水洞总长114.6m；由引渠段、进口段、竖井式进水塔段、洞身段、出口闸阀、消力井、加压泵站和出水池等组成。
3）加固原放水洞（方案三）
该方案进水口位置采用原进水口位置，洞身布置与原洞相同，在原洞内穿直径600的钢管，在穿管与原洞之间进行回填灌浆处理，在原电站厂房位置新建分水闸房，其中一支经减压阀减压后，直接接入北干渠，另一支经倒虹跨过溢洪道经减压阀减压后接入南干渠。4.2方案比较
方案比选主要从取水口位置、运行管理方便及工程投资等方面进行比较。1）取水口位置
方案一取水口位置距主要用水户南干渠距离近，水头损失小，并且方案一取水口由于靠近主河槽，离岸边近，交通桥跨度小，为16.0m。
方案二距主要用水户南干渠较远280m，水头损失大，且方案二取水口位置距主河槽远，向库区延伸距离长，交通桥跨度大，为34.8m。方案三采用原取水口位置，据主河槽近，交通桥跨度小，为最优取水位置。2）运行管理方便
方案一与泄洪工程布置于大坝同一侧，便于集中管理。
方案二布置于大坝的右侧，消力井、闸房、加压泵站、出水池根据需要分散设置在大坝三处，管理比较分散。
方案三与方案一、二相比，除运行管理方便外，其优势为：洞身加固处理，不仅满足了下游用水户的用水要求，而且消除了坝体的安全隐患，达到了水库除险加固的目的。而新建放水洞方案虽然解决了下游用水户的用水要求，但由于采用坝下埋管的方式，增加了坝体与埋管接触渗漏的可能性，为以后水库的安全运行埋下了新的安全隐患。
3）工程投资
三方案供水距离总长度基本相同，但由于距主要用水户的位置不同，方案二比方案一增加了加压泵站、出水池两座构筑物，不仅增加了一次性工程投资，而且由于加压泵站的设置，增加运行费用，给管理带来了不便。
综合考虑，方案三即改造原放水洞方案在运行管理、工程投资等方面明显优于方案一和方案二。具有工程量省，投资小，沿线构筑物少，与泄洪工程布置于大坝同一侧，便于集中管理，安全隐患小等优点，故将方案三作为推荐方案。4.2放水洞加固改造设计
1）工程布置
最终选定的加固原放水洞方案，平面布置与现有放水洞相同，由引渠段、竖井式进水塔、洞身段、闸房等建筑物组成，全长94.0m。其中引渠段长20m、竖井式进水塔段长5.0m、洞身段长69m。放水洞进口底高程为1484.0 m，出口底高程为1483.93.0 m，纵坡为1/1000。进水口位置采用原进水口位置，洞身在原洞内穿直径600的钢管，在穿管与原洞之间进行回填灌浆处理，在原电站厂房位置新建分水闸房，其中靠近北面的支管经减压阀减压后，直接接入北干渠，靠近溢洪道侧的支管经倒虹跨过溢洪道，通过减压阀减压后接入南干渠。
2）工程设计
引渠段：桩号洞0－020.0～洞0＋000.0为引渠段。其中桩号洞0－005.0～洞0＋000.0为扭面，平底，断面由洞0＋000的矩形渐变为洞0－005.0的梯形断面，长5.0m，底宽由1.8m渐变为3m，开挖坡度1：2.0，用M7.5浆砌石衬砌，厚500mm。桩号洞0－020.0～洞0－005.0段为梯形断面，底坡1/10，开挖坡度1：2.0，用M7.5浆砌石衬砌，厚500mm，与主河槽衔接。
进水塔:桩号洞0＋000～洞0＋005.0为进水塔，分为竖井和排架两部分。竖井顶部高程高出设计洪水位0.5m，长度5.0m。断面轮廓尺寸5.0×3.8 m，净宽1.8m，总高度15.28m。竖井内装设拦污栅、平板事故检修门各一扇，孔口尺寸（宽×高）1.8×2.0m，竖井井壁厚0.5～1.0m，底板厚0.7～1.2m，齿墙深0.5m，混凝土强度等级C25。
事故检修门检修平台设在竖井顶部1497.58m高程，启闭平台高程为1502.58m。检修平台和启闭平台之间为C25钢筋混凝土排架结构，排架总高度5.0m，排架立柱的断面尺寸为400×400mm，横梁断面尺寸（宽×高）为250×300mm。排架上部事故检修门的启闭机房为 砖混结构，启闭机房平面尺寸3.84×4.5m，高3.3m。在检修平台和启闭平台之间设钢梯。
为放水洞在各种运行工况下排气或进气，进水塔在1497.58高程预埋直径30cm的PVC管作通气孔，通气管高程延伸至校核洪水位以上50cm。
在检修平台与大坝之间设交通桥，桥面宽2m。
洞身段:桩号洞0＋005.0～洞0＋074.0为洞身段，洞径0.6m，纵坡1/1000，全长69m。洞身段采用内衬D600的钢管，为解决洞身渗漏问题，对原洞与衬砌钢管间的缝隙进行回填灌浆，洞身在分叉段设混凝土镇墩，跨沟倒虹段采用直径600的钢管，为防钢管冬季冻裂，在钢管外加300mm厚的保温材料。要求钢管就位前防腐处理措施。
3）附属建筑物设计
由放水管运行要求，在放水管管道末端进行分叉，在分叉处设置镇墩，管道通过镇墩分叉，分叉后每根管道各设一个闸阀控制水量及出水方向，实现对南、北干渠的输水。为更好的保护闸阀以防丢失，设30m的闸房。结语
2高家湾水库除险加固工程改造的要点主要在放水洞的方案确定，放水建筑物改建的成败是水库除险加固成功的关键。本工程通过对放水建筑物多方案的比较分析，最终选出了经济合理的设计方案，使得水库除险加固达到预期目标。
水库除险加固后，能够满足30年一遇设计，300年一遇校核的防洪标准。可使防洪、灌溉、养鱼效益得以正常发挥。保护下游县城，24个行政村，33个自然村，3.2万人口，2.3万亩耕地及沿河两岸工矿企业的防洪安全；同时还保护下游交通干线209国道、晋西北循环线、西川公路52km，宁岢、岢瓦铁路，太原卫星发射中心通讯电缆、光缆等设施的防洪任务。保证灌溉面积0.9732万亩。
作者简介：石桂萍(1967-)，女，山西平遥人，高级工程师，主要从事水工、农水建筑物设计研究。
Email: 781926791@qq.com
