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天生橋水庫輸水隧洞安全復核及除險加固設計

文檔作者：楊武1 譚劍波2 文檔來源： 1．貴州黔水工程監理有限責任公司 2．楊凌職業技術學院		點擊數：	更新時間： 2025年08月29日
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第28卷第4期
2016年8月
浙江水利水電學院學報
J．Zhejiang Univ of Wat．Res＆Electric Pow
V01．28 No．4
Aug．2叭6
天生橋水庫輸水隧洞安全復核及除險加固設計
楊武1，譚劍波2
(1．貴州黔水工程監理有限責任公司，貴州貴陽550002；2．楊凌職業技術學院，陜西楊凌712loo)
摘要：針對天生橋水庫輸水隧洞存在的建設質量差，邊坡穩定性差、易形成高陡邊坡等安全質量問題，經現場踏
勘結合原設計資料及現行規范標準，對進水口和隧洞體結構強度進行了安全復核．經水力計算、襯砌支護結構配筋
及裂縫開展寬度計算等論證分析，結果表明隧洞過流能力和結構強度能夠滿足規范要求．設計采用邊坡錨固支護、
拆除重建、回填固結灌漿等方案，輸水隧洞整體性、完善性得到有效加固修復．
關鍵詞：天生橋水庫；輸水隧洞；安全復核；除險加固
中圖分類號：TV672 文獻標志碼：B 文章編號：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業灌溉
為主，兼顧發電、養殖和生態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，水庫總庫容為1．25×
108 m。，壩頂高程682．50 m，灌溉面積3 100 ha，總裝
機12 Mw．根據《水利水電工程等級劃分及洪水標
準》(sL252—2000)及《防洪標準》(GB50201一
收稿日期：2叭6．02一13
作者簡介：楊武(1960一)，男，貴州貴陽人，高級工程師，主要
從事水利水電工程建設與管理工作．
2014)‘1|，水庫庫容鑒于1．0×108～10×108 m3之間，
為大(2)型水庫，工程等別為Ⅲ等．
2 水庫輸水方案及運行現狀
根據天生橋水庫樞紐布置，輸水系統布置在右
岸山體中，設計方案為：岸塔式進水口+輸水隧洞
+發電引水岔管等組成．其中：岸塔式進水口總長
15 m，底板高程為638．20 m，設置攔污柵、工作門和
檢修門等金屬結構．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
作門采用雙吊點鋼閘門．進水口處設通氣孔兼檢修
進人孔，斷面尺寸為4．0 m×1．2 m．進水塔塔頂高
程為678．80 m，塔頂設置啟閉機排架，操控平臺高
萬方數據
第4期楊武等：天生橋水庫輸水隧洞安全復核及除險加固設計37
程為684．30 m．
天生橋水庫輸水隧洞采用鉆爆法開挖，全長
656．50 m，進口中心高程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，襯砌支護后凈洞徑為2．8 m．隧洞出口段與發
電引水岔管相連，三臺機共設置三條發電引水岔管，
管徑1．50 m．整個輸水系統均采用鋼筋混凝土進行
襯砌支護，部分地質條件較差洞段還采取回填及固結
灌漿加固處理．工程于2002年投入運行，投運初期整
體運行狀況良好，經過10余年運行，輸水系統暴露出
較多安全質量問題，主要表現在以下兩個方面：
(1)在閘門啟閉過程中，進水口塔頂上方排架
柱振動較大、變形較為嚴重．經結構安全復核，進水
口排架柱結構強度達不到規范允許安全系數，不能
滿足安全運行要求．進水口邊坡加固性能不佳，巖
體較破碎，整體穩定性較差．進水口八字墻鋼筋混
凝土外觀存在嚴重的蜂窩麻面、孔洞及露筋等問
題．進人孑L爬梯、啟閉機操控平臺護欄等結構銹蝕
嚴重．輸水隧洞主體襯砌支護混凝土局部質量較
差，蜂窩、裂隙、空洞及滲水等部位較多，雖經多次
PCC砂漿修補處理，但整體防護效果不佳．
(2)進水口處工作閘門卡阻無法正常啟閉到
位，檢修門槽銹蝕嚴重，使得整個輸水系統不能進
行相應的定期檢查和養護；啟閉設備性能嚴重降
低，無法正常啟閉閘門，且控制手段嚴重滯后．經金
屬結構安全復核，工作閘門面板、主梁、次梁的承載
力均不滿足規范要求．
3 水庫輸水系統安全復核
3．1 隧洞過流能力復核
(1)水頭損失計算
天生橋水庫輸水隧洞全長為656．50 m，進口中
心高程640．50 m，引水高差18．25 m．主洞襯砌支護
后凈洞徑2．8 m，為鋼筋混凝土圓型結構．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
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)過流能力復核
由于輸水隧洞出口段直接與發電引水岔管相連，
設計引水流量為15．35 m3／s．按有壓簡單管道自由出
流進行過流能力計算，流量系數=0．444．計算得輸水
隧洞流量與庫水位間的關系成果(見表1)．
表1 輸水隧洞流量與庫水位間的關系成果
從表1可知：正常蓄水位(675．5 m)時，輸水隧
洞的過流流量為17．08 m3／s，能夠滿足設計流量
15．35 m3／s的過流需求．
3．2輸水隧洞結構安全復核
(1)基本參數
為了簡化計算，隧洞按全斷面鋼筋混凝土襯砌結
構進行分析，襯砌支護后凈洞徑2．8 m，洞身不同部
位襯砌混凝土強度等級對應現在混凝土標號為C15
或c20，襯砌厚o．4 m．根據《水工混凝土鋼筋施工規
范》(DL／T5169—2002)嵋。和《混凝土結構設計規范》
(GB50010—2010)，I級HPB300鋼筋彈性模量E。=
2．1×103 N／mm2，抗拉強度設計值．f=210 N／mm2；
根據《水工混凝土施工規范》(SL677—2014)和《混凝
土結構設計規范》(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)計算工況及荷載基本組合
隧洞已建成投運，按正常運行工況(正常蓄水
位675．50 m)和檢修養護工況進行計算，即：①正常
運行工況，其荷載基本組合為：山巖壓力+襯砌自
重+內水壓力+外水壓力+彈性抗力¨3．②檢修養
護工況，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
輸水隧洞其圍巖以花崗巖為主，‘根據斷面圍巖
情況分為甲～戊共5種典型斷面，按正常運行工況
和檢修養護工況進行結構安全穩定性復核計算，5
種典型斷面基本參數(見表2)．
(4)隧洞配筋及支護襯砌參數
根據原設計文件和竣工圖等資料，輸水隧洞采
用內外雙層鋼筋混凝土支護結構，襯砌支護后凈洞
萬方數據
38 浙江水利水電學院學報第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)安全復核成果
采用水工隧洞混凝土軟件包中的“混凝土襯砌
計算模塊”，將工程特性參數輸入后，獲得輸水隧洞
安全復核成果(見表4)．
表2 洞身典型斷面計算參數
地質巖性
樁號
斷面類型
內水壓力／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：^為巖石的堅矧系數；^。為巖石彈性抗力系數
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輸水隧洞計算成果表
從表4可知，隧洞雙層配筋結構中的實際配筋
密度比計算配筋大，滿足鋼筋混凝土襯砌支護結構
的強度要求，且裂縫開展寬度計算值均在規范允許
指標范圍內．
3．3進水口排架結構安全復核
(1)基本參數
引水發電進水口原設計采用岸塔式進水口，總長
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)，
C20鋼筋混凝土，1函16+2中22對稱均勻配筋．
(2)結構計算及成果分析
從現場測量數據可知，排架柱尺寸由于當時施
工放樣、質量監控不到位等導致尺寸偏小，現狀斷
面尺寸為0．27 m(寬)×0．27 m(深)×5．5 m(高)．
萬方數據
第4期楊武等：天生橋水庫輸水隧洞安全復核及除險加固設計39
配筋依據《混凝土結構設計規范》(GB50010—
2010)、《水工混凝土結構設計規范》(SLl91—
2008)¨“o等推薦公式進行計算，得排架柱所受彎
矩肘=82．26 kN·m，相應其軸力Ⅳ=142．80 kN．經
計算梁的縱向受拉鋼筋A。=595 mm2，而排架柱現
狀實際受力鋼筋為2中16(A。=402 mm2)，鋼筋橫截
面積達不到規范指標要求，結構強度不滿足設計
要求．
4 輸水隧洞除險加固設計
天生橋水庫輸水隧洞進水口排架柱，由于其現
狀尺寸比原設計尺寸小，結構強度不能滿足規范要
求．雖然隧洞整體結構強度滿足要求，但由于進水
口邊坡和局部洞段存在混凝土質量問題，不能保障
正常引水發電需求，需采取相應的除險加固措施，
提高水庫防洪標準和引水效率，確保水庫高效穩定
運行．
(1)進水口邊坡除險加固設計方案：針對進水
口邊坡存在塊體塌滑，上部邊坡出現蠕變及裂縫問
題，設計采用錨噴措施進行加固處理，即：首先在進
水口邊坡坡面噴一層厚15 cm的C20混凝土，然后
鋪設一層咖8@200鋼筋防護網，用咖25錨桿錨人巖
石進行加固．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布設
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)進水口除險加固設計方案：對不滿足結構
強度要求的排架柱及啟閉機室進行拆除重建，新排
架柱斷面尺寸為0．35 m(寬)×0．60 m(高)×5 m
(長)；更換進人口爬梯及各類安全防護欄；對進水
口八字墻等部位存在外觀弊病的混凝土，通過鑿除
質量缺陷表面混凝土，并采用環氧砂漿抹面進行加
固修補，恢復進水口的完整性．
(3)輸水隧洞除險加固設計方案．對洞身存在
外觀弊病的混凝土，其修復同進水口缺陷混凝土處
理方案．對局部由于地質條件相對較差的Ⅲ類圍巖
洞段，先采用回填灌漿將圍巖頂拱1500空洞填實，
孑L深0．2 m，孔距2．5 m，每排6孔均布．同時，為增
強洞身防滲性能，提高輸水效率，采用固結灌漿"o，
灌漿孔深5 m，采用風鉆鉆孔，孑L距4．0 m，每排12
孑L均布．
5 結論
天生橋水庫輸水系統由于地形地質條件較復
雜、施工質量監控不到位等原因，加上10余年運
行，出現進水口邊坡塊體塌滑、進水口排架柱振動
變形、表面混凝土質量缺陷等問題，系統整體穩定
性和結構強度均較差．為確保水庫具有較高安全
性，提高輸水效率，對進水口排架柱、輸水隧洞的結
構強度進行了安全復核，并提出相應的除險加固
方案．
(1)安全復核成果表明，隧洞過流能力、隧洞結
構強度和裂縫開展寬度均能滿足設計引流能力和
規范技術指標要求．進水口排架柱受力鋼筋橫截面
積達不到規范指標要求．
(2)結合安全復核結果，針對不同質量安全問
題，采取不同的加固修復措施，即：進水口邊坡塌滑
采用錨噴措施進行加固處理；進水口排架采取拆除
重建加固處理；進水口及洞身現存的外觀弊病表面
混凝土，采取表面鑿除，環氧砂漿抹面的加固修補
方案． ．
(3)采取合理的邊坡錨固支護、深挖回填、固結
灌漿等除險加固修復處理，輸水隧洞整體性、完善
性均得到大大提高．從2013年修復竣工后，歷經兩
年大流量洪水考驗，工程整體運行狀況良好．
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