引供水工程施工支洞綜合利用技術研究

賴 勇，張永進，張宇弛

（浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002）

1 問題的提出

長距離引供水工程為實現輸水隧洞“長洞短打”，往往設置較多的施工支洞，既是施工期開挖、出渣的交通工作面，也是通水和排水的通道，工程完建后，施工支洞常規均為封堵處理。有部分工程[1]考慮施工支洞的保留應用，在交匯口封堵段設置堵頭，作為放空檢修后的交通洞使用；也有少數工程已考慮保留施工支洞作為調壓斜井[2]。但總體上應用技術水平較低，對水質的影響、改建洞段結構受力特性方面的研究相對較少。本文根據千島湖配水工程施工支洞多用途改建設計的應用實踐，對施工支洞改建應用技術進行深化和系統研究。

2 千島湖配水工程施工支洞綜合利用情況

千島湖—閑林水庫輸水線路長113.22 km，重力流有壓輸水，輸水隧洞沿線共布置34個施工支洞，總長20.36 km。工程完建后，對19個施工支洞進行綜合利用，其中調壓井兼檢修交通洞11個、分水口2個、流量計交通洞2個、地下閥室交通洞2個、地下倉庫1個、檢修期交通洞1個（見表1）。

表1 施工支洞利用情況匯總表 m

3 兼做調壓井及檢修交通洞應用技術

3.1 結構設計要點

施工支洞運行期作為調壓井以及放空后人員進出的檢修期交通洞時，除滿足施工支洞在施工期本身的出渣運輸及通風、排水要求外，還必須同時滿足運行期的應用功能要求，具體包括：

（1）支洞縱坡不宜過陡?？紤]運行期放空后檢修的交通通道縱坡要求，施工支洞的局部坡比不宜陡于9%，間隔不超過150 m需設置一定的平坡段，洞底防滑設計。

（2）支洞洞口高程。既高于洞口外的設計洪水位要求，防止洞口外存在水系時，山洪進入輸水隧洞；又高于洞內可能達到的最高水位，避免調壓時溢流；另外，洞口段圍巖透水性較大時，還需注意洞口段襯砌防滲設計，減少內水外滲。

（3）結構防護標準。改建為調壓井的施工支洞與輸水隧洞水體直接連通，工程等級、結構設計宜參照輸水隧洞的襯砌標準。

當施工支洞與輸水隧洞交匯口埋深較大，而作為調壓井利用的施工支洞洞口高程較高時，為了滿足上述要求（1）和（2），可能造成施工支洞加長、出渣不便，這時可采用高低配洞口組合方案。即在施工支洞中部再設施工支洞，高洞口作為完建后的調壓井洞口，低洞口為臨時支洞口，完工時在分叉口封堵，平面布置見圖1。

圖1 調壓井高低配洞口組合方案圖

3.2 對水質的影響分析

由于調壓井洞口高、交匯口低，與輸水隧洞水體交換程度低，故當洞內水位恒定時，理論上水體不循環，長時間運行后，如果水質變差，將導致水位降低時劣質水摻雜到輸水隧洞水體內。因此，對千島湖配水工程調壓井表層水體水質與輸水隧洞水體水質同時進行監測，結果顯示：調壓井表層水體除pH值較輸水隧洞水體略高外，濁度、總氮、溶解氧、氨氮、總磷等指標基本無變化。

3.3 運營期監測布置

兼做調壓井的施工支洞是進行運行期水位監測的絕佳通道，除了可在洞壁布置水尺，方便人工測讀水位外，布置滲壓計自動測報水位意義重大。

由于洞內水位波動范圍大，整體縱坡較緩，浮子式水位計容易卡阻，采用滲壓計進行自動監測較為妥當。固定在洞壁上洞內最低水位以下的水位計，在施工期或放空檢修期可人工進行更換和率定，運行期則更換難度大。為此，千島湖配水工程采用浙江省水利水電勘測設計院的專利技術，一種用于緩坡斜井的壓力計安放裝置，利用尼龍滑塊配重和套管內水柱重力下滑，利用鋼絲繩牽引取出，整個壓力計的安裝、率定及更換無需放空輸水隧洞，對工程運行無影響，可用于坡度緩至5%的緩坡斜井水壓自動監測。壓力計安裝結構見圖2。

圖2 調壓井內的壓力計安裝結構示意圖

4 改建分水口應用技術

施工支洞改建為分水口時，有2類改建方式：一類是利用整個支洞斷面過流，常用于分水流量較大的情況；另一類是采用支洞內置管道的方式，此時主支洞交匯口需設置堵頭。有壓輸水隧洞采用第二類布置方式較多，典型結構見圖3。

本布置方案需注意以下問題：

（1）為避免對施工支洞進行襯砌，以及設置通風、照明和排水設施，建議分水口控制設施布置于施工支洞外；

（2）倒坡入洞的分水口應在鋼管最高點布置排氣閥；

（3）洞內管道需外包鋼筋混凝土，以防止長時間運行后，洞內塌方砸壞供水管；

（4）內置管道直徑小于1.0 m時，由于內壁環向焊縫防腐涂層現場施工質量難以保證，應避免采用鍍鋅鋼管，盡量采用不銹鋼管或PE管。

圖3 分水口典型布置圖

5 改建交通洞及地下倉庫應用技術

當隧洞地表建筑物布置節制閘和檢修閘征地困難時，利用施工支洞在主支洞交匯口設置節制閥或檢修閥是可行的方案?？筛慕榻煌ǘ?，也可利用施工支洞部分洞段作為地下倉庫使用。

5.1 改建交通洞

改建交通洞的主支洞交匯口需擴大開挖為地下閥室，閥室內布置截止閥或檢修閥。改建交通洞除滿足作為施工支洞在施工期本身的出渣運輸及通風、排水要求外，還必須同時滿足運行期的交通、照明、通風、排水等功能要求（見圖4）。

圖4 改建交通洞典型斷面圖

具體設計要點包括：

（1）縱坡不宜過陡?？紤]運行期檢修截止閥或檢修閥的交通通道縱坡要求，施工支洞的局部坡比不宜陡于9%，間隔不超過150 m需設置一定的平坡段，洞底防滑設計。

（2）斷面結構尺寸不宜太小。一是滿足地下檢修閥室的運行需求，需要檢修交通洞布置通風管道、排水管道、電纜橋架、排水溝、照明等設備；二是要滿足截止閥或檢修閥內外運輸最小斷面；三是局部洞段考慮不良地質段二次混凝土襯砌。因此，改建交通洞斷面結構尺寸應滿足二次混凝土襯砌完成，布置相應管道后仍能夠運輸截止閥或檢修閥。

（3）結構防護標準。改建交通洞底板需全部二次混凝土襯砌，邊頂拱可根據圍巖地質情況選擇是否二次混凝土襯砌。

5.2 改建地下倉庫

施工支洞改建地下倉庫，在需要改建洞段的末端設置封堵體及灌漿廊道，防止洞內水繞滲至地下倉庫內，同時在灌漿廊道前段設置集水井。地下倉庫設備盡可能放置于離洞口較近的洞段，值得注意的是，通風管道需要延伸至封堵體及灌漿廊道附近。

6 結 語

千島湖配水工程已于2019年9月底正式通水運行，本著節約利用的原則，部分施工支洞在設計之初就結合綜合利用工程進行布置，調壓井群在隧洞首次充排水過程中起到了排氣和巡檢的重要作用?？偨Y有關綜合利用情況，主要成功經驗如下：

（1）施工支洞本身洞口高程較高且上下游輸水隧洞較長時，作為運行期調壓井和放空檢修期交通洞的使用價值較大，應盡量給予保留。

（2）輸水隧洞首端和末端的第一個施工支洞改建為流量計交通洞，用于安裝流量計，作為引水流量和供水流量的依據，對于判別隧洞滲漏或損失情況意義重大。

（3）改建為分水口的施工支洞，相關分水控制設施設置盡量布置在洞口，洞內鋼管考慮耐久性要求外包混凝土處理。

（4）靠近城市或集鎮的施工支洞， 即使從安全考慮需要封堵，也可改建為帶堵頭的交通洞或洞口段局部保留作為地下倉庫。