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天生橋水庫(kù)輸水隧洞安全復(fù)核及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

文檔作者：楊武1 譚劍波2 文檔來源： 1．貴州黔水工程監(jiān)理有限責(zé)任公司 2．楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年08月29日
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第28卷第4期
2016年8月
浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)
J．Zhejiang Univ of Wat．Res＆Electric Pow
V01．28 No．4
Aug．2叭6
天生橋水庫(kù)輸水隧洞安全復(fù)核及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)
楊武1，譚劍波2
(1．貴州黔水工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng)550002；2．楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌712loo)
摘要：針對(duì)天生橋水庫(kù)輸水隧洞存在的建設(shè)質(zhì)量差，邊坡穩(wěn)定性差、易形成高陡邊坡等安全質(zhì)量問題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏
勘結(jié)合原設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)進(jìn)水口和隧洞體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了安全復(fù)核．經(jīng)水力計(jì)算、襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)配筋
及裂縫開展寬度計(jì)算等論證分析，結(jié)果表明隧洞過流能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足規(guī)范要求．設(shè)計(jì)采用邊坡錨固支護(hù)、
拆除重建、回填固結(jié)灌漿等方案，輸水隧洞整體性、完善性得到有效加固修復(fù)．
關(guān)鍵詞：天生橋水庫(kù)；輸水隧洞；安全復(fù)核；除險(xiǎn)加固
中圖分類號(hào)：TV672 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1008—536X(2016)08．0036—04
On Secu r．ty ReView and Reinforcement of Water ConVeyance
TunneI in TianShengqiaO ReSen，Oir
YANG Wul，TAN Jian．b02
(1．Guizhou Qianshui Engineering supervision co．，Ltd，Guiyang 550002，china；
2．Yangling Vocational and Technical College，Yangling 712100，China)
AbStract：The safety and quality problems in water conveyance tunnel of Tianshengqiao Reservoir are introduced，including
the poor construction quality，the poor slope stability which is easy to fb瑚a high and steep slope． Based on the site reconnaissance，
the design data，the current specifications and standards，the stmctural strength safbty review fbr the water inlet
and tunnel has been done． From the hydraulic calculation，the reinfbrcing bars and crack width calculation fbr the tunnel
lining supporting structure，and others analysis，the results show that：the now capacity and structural strength of the water
conVeyance tunnel can meet the specmca“on requirements．The practical and feasible reinforcement with slope anchor sup—
poning，demolition and reconstmc“on， backfill consolidation grouting and other design scheme has been proposed，the in—
tegrity and reliability of water conveyance tunnel is effectively reinfbrced and repaired．
Key words：Tianshengqiao Reservoir；water conveyance tunnel；safety review；reinforcement
1 工程概況
天生橋水利水電樞紐工程位于貴州省安龍縣珠
江流域西江水系上游，是一座以城市防洪和農(nóng)業(yè)灌溉
為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖和生態(tài)旅游等功能的綜合性水
利工程，其壩址以上控制流域面積211．7 km2，正常蓄
水位675．50 m，死水位651．50，水庫(kù)總庫(kù)容為1．25×
108 m。，壩頂高程682．50 m，灌溉面積3 100 ha，總裝
機(jī)12 Mw．根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)
準(zhǔn)》(sL252—2000)及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201一
收稿日期：2叭6．02一13
作者簡(jiǎn)介：楊武(1960一)，男，貴州貴陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要
從事水利水電工程建設(shè)與管理工作．
2014)‘1|，水庫(kù)庫(kù)容鑒于1．0×108～10×108 m3之間，
為大(2)型水庫(kù)，工程等別為Ⅲ等．
2 水庫(kù)輸水方案及運(yùn)行現(xiàn)狀
根據(jù)天生橋水庫(kù)樞紐布置，輸水系統(tǒng)布置在右
岸山體中，設(shè)計(jì)方案為：岸塔式進(jìn)水口+輸水隧洞
+發(fā)電引水岔管等組成．其中：岸塔式進(jìn)水口總長(zhǎng)
15 m，底板高程為638．20 m，設(shè)置攔污柵、工作門和
檢修門等金屬結(jié)構(gòu)．工作門和檢修門其孔口尺寸均
為3．0 m(寬)×4．0 m(高)，檢修門采用疊梁門，工
作門采用雙吊點(diǎn)鋼閘門．進(jìn)水口處設(shè)通氣孔兼檢修
進(jìn)人孔，斷面尺寸為4．0 m×1．2 m．進(jìn)水塔塔頂高
程為678．80 m，塔頂設(shè)置啟閉機(jī)排架，操控平臺(tái)高
萬方數(shù)據(jù)
第4期楊武等：天生橋水庫(kù)輸水隧洞安全復(fù)核及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)37
程為684．30 m．
天生橋水庫(kù)輸水隧洞采用鉆爆法開挖，全長(zhǎng)
656．50 m，進(jìn)口中心高程640．50 m，出口中心線高程
622．25 m，隧洞引水高差18．25 m．主洞開挖洞徑為
3．4 m，襯砌支護(hù)后凈洞徑為2．8 m．隧洞出口段與發(fā)
電引水岔管相連，三臺(tái)機(jī)共設(shè)置三條發(fā)電引水岔管，
管徑1．50 m．整個(gè)輸水系統(tǒng)均采用鋼筋混凝土進(jìn)行
襯砌支護(hù)，部分地質(zhì)條件較差洞段還采取回填及固結(jié)
灌漿加固處理．工程于2002年投入運(yùn)行，投運(yùn)初期整
體運(yùn)行狀況良好，經(jīng)過10余年運(yùn)行，輸水系統(tǒng)暴露出
較多安全質(zhì)量問題，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
(1)在閘門啟閉過程中，進(jìn)水口塔頂上方排架
柱振動(dòng)較大、變形較為嚴(yán)重．經(jīng)結(jié)構(gòu)安全復(fù)核，進(jìn)水
口排架柱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)范允許安全系數(shù)，不能
滿足安全運(yùn)行要求．進(jìn)水口邊坡加固性能不佳，巖
體較破碎，整體穩(wěn)定性較差．進(jìn)水口八字墻鋼筋混
凝土外觀存在嚴(yán)重的蜂窩麻面、孔洞及露筋等問
題．進(jìn)人孑L爬梯、啟閉機(jī)操控平臺(tái)護(hù)欄等結(jié)構(gòu)銹蝕
嚴(yán)重．輸水隧洞主體襯砌支護(hù)混凝土局部質(zhì)量較
差，蜂窩、裂隙、空洞及滲水等部位較多，雖經(jīng)多次
PCC砂漿修補(bǔ)處理，但整體防護(hù)效果不佳．
(2)進(jìn)水口處工作閘門卡阻無法正常啟閉到
位，檢修門槽銹蝕嚴(yán)重，使得整個(gè)輸水系統(tǒng)不能進(jìn)
行相應(yīng)的定期檢查和養(yǎng)護(hù)；啟閉設(shè)備性能嚴(yán)重降
低，無法正常啟閉閘門，且控制手段嚴(yán)重滯后．經(jīng)金
屬結(jié)構(gòu)安全復(fù)核，工作閘門面板、主梁、次梁的承載
力均不滿足規(guī)范要求．
3 水庫(kù)輸水系統(tǒng)安全復(fù)核
3．1 隧洞過流能力復(fù)核
(1)水頭損失計(jì)算
天生橋水庫(kù)輸水隧洞全長(zhǎng)為656．50 m，進(jìn)口中
心高程640．50 m，引水高差18．25 m．主洞襯砌支護(hù)
后凈洞徑2．8 m，為鋼筋混凝土圓型結(jié)構(gòu)．不同洞段
洞身采用鋼板或鋼筋混凝土襯砌，其糙率分別取凡。
=0．012，n，=0．014．采用均勻流摩阻及曼寧公式計(jì)
算隧洞沿程水頭損失，成果為：輸水隧洞沿程水頭
損失0．861 2 m，局部水頭損失0．947 1 m，總水頭損
失1．808 3 m．
(2)過流能力復(fù)核
由于輸水隧洞出口段直接與發(fā)電引水岔管相連，
設(shè)計(jì)引水流量為15．35 m3／s．按有壓簡(jiǎn)單管道自由出
流進(jìn)行過流能力計(jì)算，流量系數(shù)=0．444．計(jì)算得輸水
隧洞流量與庫(kù)水位間的關(guān)系成果(見表1)．
表1 輸水隧洞流量與庫(kù)水位間的關(guān)系成果
從表1可知：正常蓄水位(675．5 m)時(shí)，輸水隧
洞的過流流量為17．08 m3／s，能夠滿足設(shè)計(jì)流量
15．35 m3／s的過流需求．
3．2輸水隧洞結(jié)構(gòu)安全復(fù)核
(1)基本參數(shù)
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，隧洞按全斷面鋼筋混凝土襯砌結(jié)
構(gòu)進(jìn)行分析，襯砌支護(hù)后凈洞徑2．8 m，洞身不同部
位襯砌混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)應(yīng)現(xiàn)在混凝土標(biāo)號(hào)為C15
或c20，襯砌厚o．4 m．根據(jù)《水工混凝土鋼筋施工規(guī)
范》(DL／T5169—2002)嵋。和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》
(GB50010—2010)，I級(jí)HPB300鋼筋彈性模量E。=
2．1×103 N／mm2，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值．f=210 N／mm2；
根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》(SL677—2014)和《混凝
土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)"]，C15混凝土
彈性模量E。=2．2×104 N／mm2，C20混凝土彈性模量
E。=2．55×104 N／mm2，泊松比p=0．167．隧洞以I類
和Ⅱ類圍巖為主，局部存在條件較差Ⅲ類圍巖．
(2)計(jì)算工況及荷載基本組合
隧洞已建成投運(yùn)，按正常運(yùn)行工況(正常蓄水
位675．50 m)和檢修養(yǎng)護(hù)工況進(jìn)行計(jì)算，即：①正常
運(yùn)行工況，其荷載基本組合為：山巖壓力+襯砌自
重+內(nèi)水壓力+外水壓力+彈性抗力¨3．②檢修養(yǎng)
護(hù)工況，其荷載基本組合為：山巖壓力+襯砌自重
+外水壓力+彈性抗力．
(3)洞身斷面參數(shù)
輸水隧洞其圍巖以花崗巖為主，‘根據(jù)斷面圍巖
情況分為甲～戊共5種典型斷面，按正常運(yùn)行工況
和檢修養(yǎng)護(hù)工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算，5
種典型斷面基本參數(shù)(見表2)．
(4)隧洞配筋及支護(hù)襯砌參數(shù)
根據(jù)原設(shè)計(jì)文件和竣工圖等資料，輸水隧洞采
用內(nèi)外雙層鋼筋混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，襯砌支護(hù)后凈洞
萬方數(shù)據(jù)
38 浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)第28卷
徑為2．8 m，其隧洞典型橫斷面配筋(見圖1)．5種
典型斷面配筋均采用垂16鋼筋，其襯砌厚度及鋼筋
間距(見表3)．
(5)安全復(fù)核成果
采用水工隧洞混凝土軟件包中的“混凝土襯砌
計(jì)算模塊”，將工程特性參數(shù)輸入后，獲得輸水隧洞
安全復(fù)核成果(見表4)．
表2 洞身典型斷面計(jì)算參數(shù)
地質(zhì)巖性
樁號(hào)
斷面類型
內(nèi)水壓力／m
J^
“／(MPa／cm)
花崗巖
]一50 50—135 135～305 305—365 365—400 400～550 550～656
甲乙乙、丙戊丙丁戊
37．58 37．58 55．5l 5S．5l 55．5l 55．86 55．B6
3—4 4～5 6—8 3～4 6～8 5～6 3～4
5—20 20～30 40一50 15～25 40～50 30～40 15—25
注：^為巖石的堅(jiān)矧系數(shù)；^。為巖石彈性抗力系數(shù)
圖l 輸水隧洞典型斷面配筋
表3 輸水隧洞典型斷面襯砌及配筋方案
斷面類型襯砌厚度∥mm 鋼筋間距(A)
@150
@125
@110
@1lO
@90
表4輸水隧洞計(jì)算成果表
從表4可知，隧洞雙層配筋結(jié)構(gòu)中的實(shí)際配筋
密度比計(jì)算配筋大，滿足鋼筋混凝土襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)
的強(qiáng)度要求，且裂縫開展寬度計(jì)算值均在規(guī)范允許
指標(biāo)范圍內(nèi)．
3．3進(jìn)水口排架結(jié)構(gòu)安全復(fù)核
(1)基本參數(shù)
引水發(fā)電進(jìn)水口原設(shè)計(jì)采用岸塔式進(jìn)水口，總長(zhǎng)
15 m，底板高程為638．20 m．閘門啟閉排架柱，其斷面
尺寸為0．3 m(寬)x0．3 m(深)×5．5 m(高)，C20鋼
筋混凝土，對(duì)稱均勻配筋，2西16受力鋼筋．排架上主
梁斷面尺寸為0．3 m(寬)×O．55 m(高)×5 m(長(zhǎng))，
C20鋼筋混凝土，1函16+2中22對(duì)稱均勻配筋．
(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算及成果分析
從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)可知，排架柱尺寸由于當(dāng)時(shí)施
工放樣、質(zhì)量監(jiān)控不到位等導(dǎo)致尺寸偏小，現(xiàn)狀斷
面尺寸為0．27 m(寬)×0．27 m(深)×5．5 m(高)．
萬方數(shù)據(jù)
第4期楊武等：天生橋水庫(kù)輸水隧洞安全復(fù)核及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)39
配筋依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—
2010)、《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SLl91—
2008)¨“o等推薦公式進(jìn)行計(jì)算，得排架柱所受彎
矩肘=82．26 kN·m，相應(yīng)其軸力Ⅳ=142．80 kN．經(jīng)
計(jì)算梁的縱向受拉鋼筋A(yù)。=595 mm2，而排架柱現(xiàn)
狀實(shí)際受力鋼筋為2中16(A。=402 mm2)，鋼筋橫截
面積達(dá)不到規(guī)范指標(biāo)要求，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)
要求．
4 輸水隧洞除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)
天生橋水庫(kù)輸水隧洞進(jìn)水口排架柱，由于其現(xiàn)
狀尺寸比原設(shè)計(jì)尺寸小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能滿足規(guī)范要
求．雖然隧洞整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，但由于進(jìn)水
口邊坡和局部洞段存在混凝土質(zhì)量問題，不能保障
正常引水發(fā)電需求，需采取相應(yīng)的除險(xiǎn)加固措施，
提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)和引水效率，確保水庫(kù)高效穩(wěn)定
運(yùn)行．
(1)進(jìn)水口邊坡除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案：針對(duì)進(jìn)水
口邊坡存在塊體塌滑，上部邊坡出現(xiàn)蠕變及裂縫問
題，設(shè)計(jì)采用錨噴措施進(jìn)行加固處理，即：首先在進(jìn)
水口邊坡坡面噴一層厚15 cm的C20混凝土，然后
鋪設(shè)一層咖8@200鋼筋防護(hù)網(wǎng)，用咖25錨桿錨人巖
石進(jìn)行加固．錨桿人巖深4 m，間距2．5 m，梅花型均
布；在死水位651．50 m高程以上水位變幅區(qū)布設(shè)
PVC花管作為排水孑L，孑L深4 m，孔徑80 mm，孑L距
2 m，梅花型均布．
(2)進(jìn)水口除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案：對(duì)不滿足結(jié)構(gòu)
強(qiáng)度要求的排架柱及啟閉機(jī)室進(jìn)行拆除重建，新排
架柱斷面尺寸為0．35 m(寬)×0．60 m(高)×5 m
(長(zhǎng))；更換進(jìn)人口爬梯及各類安全防護(hù)欄；對(duì)進(jìn)水
口八字墻等部位存在外觀弊病的混凝土，通過鑿除
質(zhì)量缺陷表面混凝土，并采用環(huán)氧砂漿抹面進(jìn)行加
固修補(bǔ)，恢復(fù)進(jìn)水口的完整性．
(3)輸水隧洞除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案．對(duì)洞身存在
外觀弊病的混凝土，其修復(fù)同進(jìn)水口缺陷混凝土處
理方案．對(duì)局部由于地質(zhì)條件相對(duì)較差的Ⅲ類圍巖
洞段，先采用回填灌漿將圍巖頂拱1500空洞填實(shí)，
孑L深0．2 m，孔距2．5 m，每排6孔均布．同時(shí)，為增
強(qiáng)洞身防滲性能，提高輸水效率，采用固結(jié)灌漿"o，
灌漿孔深5 m，采用風(fēng)鉆鉆孔，孑L距4．0 m，每排12
孑L均布．
5 結(jié)論
天生橋水庫(kù)輸水系統(tǒng)由于地形地質(zhì)條件較復(fù)
雜、施工質(zhì)量監(jiān)控不到位等原因，加上10余年運(yùn)
行，出現(xiàn)進(jìn)水口邊坡塊體塌滑、進(jìn)水口排架柱振動(dòng)
變形、表面混凝土質(zhì)量缺陷等問題，系統(tǒng)整體穩(wěn)定
性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均較差．為確保水庫(kù)具有較高安全
性，提高輸水效率，對(duì)進(jìn)水口排架柱、輸水隧洞的結(jié)
構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了安全復(fù)核，并提出相應(yīng)的除險(xiǎn)加固
方案．
(1)安全復(fù)核成果表明，隧洞過流能力、隧洞結(jié)
構(gòu)強(qiáng)度和裂縫開展寬度均能滿足設(shè)計(jì)引流能力和
規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求．進(jìn)水口排架柱受力鋼筋橫截面
積達(dá)不到規(guī)范指標(biāo)要求．
(2)結(jié)合安全復(fù)核結(jié)果，針對(duì)不同質(zhì)量安全問
題，采取不同的加固修復(fù)措施，即：進(jìn)水口邊坡塌滑
采用錨噴措施進(jìn)行加固處理；進(jìn)水口排架采取拆除
重建加固處理；進(jìn)水口及洞身現(xiàn)存的外觀弊病表面
混凝土，采取表面鑿除，環(huán)氧砂漿抹面的加固修補(bǔ)
方案． ．
(3)采取合理的邊坡錨固支護(hù)、深挖回填、固結(jié)
灌漿等除險(xiǎn)加固修復(fù)處理，輸水隧洞整體性、完善
性均得到大大提高．從2013年修復(fù)竣工后，歷經(jīng)兩
年大流量洪水考驗(yàn)，工程整體運(yùn)行狀況良好．
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