小型水库放水隧洞及排空闸设计

陈建设

(福建省南安市水利局，福建南安362300)

小型水库放水隧洞及排空闸设计

陈建设

(福建省南安市水利局，福建南安362300)

小型水库一旦出险，排空水库是抢险的关键措施，在小型水库的除险加固设计过程中，新建放水隧洞时增设排空闸，利用隧洞因施工要求盈余的断面在出险时排空水库是科学合理的;以南安市红岭小Ⅰ型水库为例，探讨小型水库新建隧洞与水库应急排空通道结合的重要意义。

小型水库;抢险放水隧洞;应急排空通道;排空闸

1 放水隧洞与水库应急排空通道相结合

红岭水库是南安市第二批重点小型水库除险加固工程，其中新建放水隧洞、封堵原坝下埋涵是本次加固的主要内容之一。新建隧洞为城门形，衬砌后断面 b×h=1.3 m×1.8 m。在水库放水隧洞设计过程中，原来的设计只是以保证原灌溉情况下进行进口闸门的设计，洞身由于施工要求，断面盈余很多，因此，可充分利用盈余的隧洞断面，增设进口排空闸门，作为水库万一出险时的应急排空通道。

2 放水遂洞的现状和改造的必要性

现有小型水库绝大多数始建于上世纪50～70年代，大部分为土坝，且设计标准低。放水遂洞设计和施工质量差、断面小、存在着严重的安全隐患又没有办法检查，改造放水遂洞是小型水库除险加固工程中的必要措施。

3 放水隧洞与水库应急排空通道相结合的重要意义

放水遂洞的加固，在资金、地形、地质条件允许时，一般采用新建放水隧洞和封堵旧涵洞等措施来排除险情。水库出险时一般都处于满库状态，此时降低库水位、减少水库蓄水量、保住工程安全、减少洪水给下游人民群众造成生命财产损失是至关重要的。2000年5月，我市小Ⅱ型古后水库出险时，为了降低库水位只能采取开挖降低溢洪道。可溢洪道在较坚硬的岩基上，古后水库又处于较高的山坡上，交通很不方便，抢险时抄小路要走1 h以上，机械到不了，溢洪道又紧靠大坝不能爆破，人工开挖降低溢洪道十分困难，速度缓慢，甚至谈不上抢险。所以，小型水库除险加固如果有涵洞改隧洞的条件，采用隧洞排空的方法消除是科学合理的方法，但必须增设排空闸。

4 应急排空闸的孔口断面、隧洞过水断面设计

由于小型水库一般库容较小，放水隧洞的断面相对于小型水库的库容来讲是比较大的。因此，为保证迎水坡的稳定，库水位的削落速度必须得到有效控制，施工要求的隧洞最小断面一般能够满足应急排空放水流量的要求，但必须首先计算隧洞断面的过流量是否满足水位降低速度＜5 m/d的要求，是否因流量太大、需要设置闸门控制，再进行孔口断面的设计。

隧洞过流能力计算要根据隧洞的各种情况(边界条件)进行过水能力计算，此次工程采用非淹没压力流计算公式:

经计算本隧洞最大过流量为19.24 m3/s，当水库从校核水位降落至死水位时，水库的水位下降速度约5 m/d，降落期约2 d，满足水位降低速度要求，不需要闸门对其控制，闸门过水断面 b×h=1.3 m ×1.8 m。

5 大坝迎水坡渗流安全复核

虽说已对库水位削落进行控制，迎水坡的水位骤降渗流安全还需要进行复核，此次工程渗流安全计算依据《福建省南安市红岭水库除险加固工程初步设计报告》(2011年3月)中的各岩土层物理力学参数，采用“河海大学编写的《水工结构有限元分析系统(AutoBank)》”对大坝在应急排空时的水位骤降进行迎水坡渗流分析计算，该软件加入边界条件后应用有限元进行分析，按大坝最大断面进行计算。结果为单宽渗流量0.23 m/d，出逸坡降 J=0.50，小于 J允=0.62，满足设计规范要求。

大坝迎水坡稳定计算依据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)，经采用简化毕肖甫法计算大坝最小安全系数为1.22，满足水位骤降时坝坡抗滑稳定最小安全系数≥1.15的要求。

经以上计算，红岭水库除险加固后的隧洞断面和进口断面满足应急排洪要求，迎水坡安全系数也满足要求。

6 结语

小型水库在除险加固时，如果有新建放水隧洞，其断面通常都是为了满足施工要求设计的，远大于正常放水所需的断面，在设置正常放水闸的同时增设一个水库应急排空闸是科学合理可行的;红岭水库的应急排空闸和正常放水闸的启闭都在钢筋混凝土竖井上，实践证明还有优化的空间，可设计排架的，也可采用靠在山坡的斜拉闸或转动门盖，甚至可以只设置正常放水闸，在其边上设置一块独立的钢筋混凝土板，当水库万一出险时从隧洞出口进去用炸药炸开，也可达到应急放水的目的。应急排洪时，原放水渠道远不能满足排洪要求，为保证应急排洪时的行洪安全，有条件的要把水流接入溢洪道或原河道。

［1］贾官伟，詹良通，陈云敏.水位骤降对边坡稳定性影响的模型试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2009(09):1 798-1 803.

［2］福建省南安市红岭水库除险加固工程初步设计报告［R］.永川:福建永川水利水电勘测设计院有限公司，南安:南安市水利局，2011.

［3］SL 274—2001碾压式土石坝设计规范［S］.

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1007-7596(2012)09-0074-01

2012-08-07

陈建设(1957-)，男，福建南安人，工程师，从事水利工程管理工作。