张宏生
（辉南县水利勘测设计处，吉林，辉南，135100）
【摘 要】吊鹿沟水库大坝为粘土心墙坝，运行至今已有40多年。原施工质量较差，输水洞塔身断裂、倾斜，水位变化区混凝土局部剥蚀破坏；出口陡坡段边墙倾斜，消力池段边墙已倒塌；闸门及启闭设备年久失修，已无法正常运行，输水泄洪存在很大的安全隐患。通过实地考察，输水洞已不能安全运行，本次设计将输水洞洞径确定为1.5×1.8米、进水塔竖井前为有压洞，竖井后采用无压洞，同时完善消能设施，消除了输水洞的安全隐患。
【关键词】输水洞；洞径选择；消能计算；安全运行
1 概述
吊鹿沟水库位于辉发河流域石道河支流吊鹿沟河中游，坝址位于辉南县庆阳镇文胜堡东南1km处，坝址地理位置为东经126°39′13″，北纬42°28′，坝址以上流域面积为7.92km2。水库总库容111.25万m3，正常蓄水库容79.5万m3，死库容5.5万m3。设计灌溉面积2100亩，担负着下游庆阳镇及辉发城镇7个村近6000人、1.55万亩耕地、2座学校的防洪任务。是一座以防洪、灌溉为主，结合养殖等综合利用的小（1）型水库。水库枢纽工程由土坝、溢洪道、输水洞组成。
2 输水洞工程地质条件评价
新建输水洞位于大坝左侧，桩号为0+126m，与坝轴线成80°角。其建筑物地基主要由含壤土碎石颗粒组成，其强度可满足建筑物设计要求。
输水洞洞壁与两侧土体间脱离接触，渗漏严重，后坝脚输水洞左侧出现泉眼，漏水成流，受冻胀影响，出口段边墙倾斜、消力池边墙倒塌，已不能正常发挥使用功能。如拆除重建，基础坐落在坡积的含壤土碎石层上可满足要求。
3 输水洞断面尺寸确定
3.1 进水塔竖井前有压洞断面尺寸
输水洞位于大坝左侧，桩号为0+126m，进水塔竖井段前采用有压洞，洞进出口底高程均为324.0m，洞长7.4m，根据过流能力验算成果，确定洞身尺寸为0.8m×0.8m(宽×高)的方洞。
3.2 竖井后无压洞断面尺寸
竖井后采用无压洞，洞进口底高程为324.0m，纵坡坡比2:100，洞出口底高程为323.22m，无压洞长39m，进水塔段与洞身段间的渐变段长3.3m。洞身尺寸为1.5m×1.8m（宽×高）。
3.2.1 输水洞的过流能力计算
输水洞进口段为有压洞，方形，进口断面尺寸为b×h=0.8m×0.8m。库水位在324.80m以上为有压流，过流能力按以下公式计算：
经计算，输水洞在正常高水位时，过流量为10.60m3/s。有压洞洞身尺寸为0.8m×0.8m(宽×高)的方洞，满足要求。
3.2.2 洞内水面线推求
隧洞底坡取为2%，大于临界底坡ik=0.017，收缩断面水深hc=1.27m,小于临界水深hk=2.66m和正常水深h0=3.03，洞内的水面曲线为C2型壅水曲线，下游水位为1.3m，下游水位低于洞内均匀流水深N_N线高程，下游水位不影响洞内泄流。水跌发生在洞外。
据能量方程，利用《水力计算手册》中的“分段求和法”计算水流自收缩断面至输水洞出口输水洞无压洞水面线。
以输水洞有压段为收缩断面处为起始桩号0+000m，其流速为10.44m/s。水面线计算成果见下表：
水面线计算成果表
输水洞出口处水深为1.60米，流速为7.94m/s。
本次设计取无压段涵洞高度为1.8m，宽度1.5m，纵向比降0.02，满足要求。
4 输水洞出口消能设计
消能方式为底流消能，采用下式计算：
计算结果：校核洪水位332.83m：弗汝德数Frc：1.57，跃后水深 ：4.15m，消力池出口水面落差△Z：2.69m，消力池深度S：0.67m， 水跃长度Lj：5.37m，消力池长度Lk：4.08m。
故消力池设计为：池长5.0m，池深0.7m，池底高程319.30米，池宽1.5米。
5 输水洞结构总体布置
新建输水洞位于大坝左侧，桩号为0+126m，与坝轴线成80°角，属无压洞，全长72.3m，由引水渠、进口段、有压段、进水塔段、洞身段、消力池段及尾水渠组成。
引水渠长10m，渠底高程为324.0m，与渠首河床齐平。渠道为梯形断面，底宽2.4m，边坡为1：2，采用混凝土预制板衬砌。
进口段由八字翼墙及有压洞组成。八字翼墙段长4.50m，采用混凝土重力式挡土墙结构，墙顶宽0.4m，进口底板高程为324.0m，厚0.4m；进口洞身段长7.40m，为有压段，洞身尺寸为0.8m×0.8m(宽×高)的方洞，洞身与闸室段连接处的结构缝采用橡胶止水。
进水塔闸室段长4.10m，宽3.70m，为有压段，采用钢筋混凝土结构。主要由塔身、检修层、启闭机室及交通桥组成。塔身尺寸为3.7m×3.7m（长×宽），壁厚0.4m，检修层底板高程为331.40m，启闭机室底板高程333.60m，在启闭机室底板上预留0.6m×0.6m的进人孔。启闭机室面积为38m2，砖混结构。塔内设检修、工作闸门各一扇。交通桥桥面高程为333.6m，长7.95m，宽2m，为砼梁、板、柱结构。
洞身段长39m，为无压洞，进水塔段与洞身段间的渐变段长3.3m。洞身尺寸为1.5m×1.8m（宽×高），采用钢筋混凝土结构，洞壁厚0.4m，洞身结构缝采用橡胶止水。在与土坝接触的部位修建环形截水环，采用钢筋混凝土结构。
出口陡坡段长11.8米，由高程323.22降至319.30米，采用砼U形槽结构，底板厚0.4米，槽边墙顶宽0.3米，槽高2.20米。
消力池段长5.5米，深0.7米，池底高程319.30米，底板厚0.4米，池宽1.5米，采用钢筋砼U型结构。对消力池段后的灌溉渠道进行整形衬砌处理，结构形式为砼板护坡。
本工程涉及到的各部位混凝土等级标准：垫层素混凝土采用C15，结构混凝土采用C25F250。
6 结论
吊鹿沟水库输水洞为主要建筑物，原有输水洞严重损毁，水库存在安全隐患，本次设计完全按照现行规范要求，采取切实可行的设计方案,使输水洞泄流能力、消能设施、结构总体布置等均达到了Ⅳ等工程4级建筑物的标准，消除了安全隐患，使大坝能安全、可靠运行。
参考文献：
[1]中国水利水电出版社《水力计算手册》武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室李炜主编。
[2]《水工钢筋混凝土结构设计规范》（试行）（SDJ20-78）。
论文作者:张宏生
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年9月供稿
论文发表时间:2016/1/14
标签：高程论文; 断面论文; 竖井论文; 段长论文; 结构论文; 水库论文; 底板论文; 《工程建设标准化》2015年9月供稿论文;