石壁水库除险加固工程中新建独立输水隧洞方案比选

黄庆坛

(泉州市石壁水库管理处，福建 泉州 362342)

石壁水库是一座集防洪、灌溉和生活供水等综合利用的重要中型水库。完好的输水系统是发挥好水资源调配和安全供水的关键，通过除险加固工程方案比选，最终确立“新建独立输水系统”方案。

1 旧输水系统概况

1.1 工程概况

石壁水库位于南安大盈溪上游，大坝建于水头镇星辉村石壁头，坝址以上控制流域面积79.6km2。水库枢纽由大坝、溢洪道、输水系统等组成，总库容6147万m3，死库容54万m3，兴利库容4860万m3，具有多年调节能力。

1.2 旧输水系统情况

旧输水系统布置在大坝左岸山体，由进水口、输水隧洞、引水钢管等建筑物组成，塔身上部有50m长的人行天桥与山体连接。输水隧洞接进水塔下游布置，总长219.0m，为有压圆洞，隧洞出口段接引水钢管，主管引水至发电厂发电，尾水用于下游农业灌溉，岔管引接至下游各受水点的加压泵站，承担供水任务。2005年在进水塔下游65.6-70.4m洞段建有一座事故闸门竖井。

1.3 存在问题及加固必要性

1.3.1 存在问题

现有进水塔存在混凝土龟裂、脱落、碳化等情况，同时金属结构锈蚀、启闭螺杆弯曲变形、淤泥堵塞导致了闸门无法启闭和止水效果差等问题。采用可移动小功率马达启闭闸门，人工接入电源存在触电安全隐患。事故闸门关闭时，无法供水。

1.3.2 加固必要性

现有进水塔运行超过设计使用年限，设计标准低，塔身结构强度低、损坏严重，不符合三类环境混凝土结构规范要求，因此，进行除险加固是十分必要和迫切的。

2 除险加固方案比选

2.1 方案拟选

根据存在的问题和现场地质地形条件，本次拟考虑4种除险加固方案，优缺点详见表1。

1)方案一：对旧进水塔进行加固，利用现有输水隧洞引水。

2)方案二：拆除旧进水塔，原址重建岸塔式进水口与现有输水隧洞相接，利用现有隧洞和出口引水钢管向下游供水。

3)方案三：易址新建进水塔并采取连通洞方式连接现有输水隧洞向下游输水。

4)方案四：易址新建进水塔和重新开挖一条输水隧洞，隧洞出口铺设压力钢管连接下游供水企业。

表1 石壁水库输水系统加固拟选方案优缺点汇总

2.2 方案比选

石壁水库承担着下游50多万居民生产生活供水任务，支撑起近500亿GDP，社会经济效益显著，安全供水关乎社会稳定。因此，满足施工期间不间断供水是比选的主要指标。

综合比较可得，方案一采取枯水期1-3月进行降低水位施工，工期90d，水位保持在30.2-38.6m，库容703-133.4万m3，库容偏小，若遇特枯时期，最小入库量不足100万m3，无法满足供水要求。加固前要先修建临时供水设施，抽水至事故闸门井顶的高程为66.2m，扬程在27.6-36m，扬程较大。而且，由于不拆除进水塔底部结构，容易锈蚀卡死，供水稳定性和可靠性差，不符合除险加固的初衷，因此不推荐该方案[1]。

方案二拆除并重建进水塔时需降低水位，在汛期末11月-次年4月进行降低水位施工，工期180d，水位保持在30.1-41.0m，库容958.7-129.0万m3，库容偏小。采用土石围堰存在抛料精度不高、土料飘散难以碾压、达不到防渗密实度等问题，而且围堰基础与库底覆盖层、库岸衔接处无法防渗，容易形成渗透通道，拆除清基困难，堰体残留的土石料容易堵塞进水口；采用混凝土围堰时，水下清淤和水下浇筑混凝土代价大，投资高，围堰基础以鹅卵石为主，覆盖层达10m，围堰清淤困难，防渗效果差，后期拆除需大范围爆破和水下清淤，施工难度大，而且靠近大坝，威胁大坝稳定安全[2]。同时供水保证难度大，工程造价最高，因此也不推荐该方案。

重点比较方案三、四比较时，查阅2005年新建事故闸门竖井资料发现由于距离现有进水塔较近，开挖爆破时，现有进水塔结构产生剧烈震动，且竖井上游隧洞埋深较浅、洞室岩体较破碎，稳定性差，地下水丰富，衬砌结构存在一些缺陷，在新建连通洞与现有隧洞连接段开挖时，施工难度和风险较大。因此，从投资方面、施工难度和加固后的结构耐久性进行综合考虑时，推荐方案四[1]。

3 除险加固方案选定

通过对4种方案进行深入讨论研究，按照不断供的总体要求，科学分析比较，认为方案三虽然有针对性地解决了现有水库输水建筑物存在的问题，最大程度利用了水库2005年加固成果，投资较省，但由于新建取水口和连通洞均在水库库区内施工，工作面少，干扰大，不可预见的隐患较多，难度大、风险高，综合考虑认为采用“新建独立输水隧洞”的方案，即方案四更加合理和易于实施，主要原因有：

3.1 供水有保证

石壁水库作为50多万居民唯一的饮用水源地，供水不可替代。方案四采取新建独立输水隧洞方式，虽然有取水口围堰，但输水隧洞为新建开挖，供水由旧隧洞系统提供，互不干扰，即使遇到一个枯水期内无法完成围堰爆破拆除的极端情况，也不影响供水安全，可在汛末通过供水及渠道放水方式逐步降低水位，在次年汛前通过爆破清淤方式拆除围堰，达到要求后下闸蓄水[2]。

3.2 施工有进度

方案四输水隧洞进、出口可同时施工，施工干扰小、进度快，特别是从出口方向采取后掘进爆破开挖方式，隧洞开挖尺寸2.6m宽×2.8m高，可采用小型机械出渣，出渣效率高。无论是炮眼打孔、炸药填埋、爆破等都不受天气、场地等干扰，隧洞开挖效率高。

3.3 安全有保证

方案四采取进口方向进行进水塔基础开挖、基坑处理及塔身浇筑，出口方向进行后掘进隧洞爆破开挖、灌浆及衬砌，施工相互独立，互不干扰，遇到紧急情况，人员可快速撤离，脱离危险区域。同时，施工爆破点远离旧进水塔，不影响塔身安全。

3.4 投资增加少

从表1可知，采取易址新建输水隧洞，方案四比方案三多128.74万，高出10.6%，幅度较小。

4 结 语

石壁水库除险加固工程输水系统工程采取“新建独立输水系统”，即方案四，其在施工进度、安全和供水方面都占有绝对优势，只在投资方面有所增加。根据石壁水库供水量大、范围广、任务繁重且不可断供等特点，采取方案四是最佳选择。随着石壁水库除险加固工程施工的顺利推进，既保证了施工安全，又实现不间断供水。新建取水口于2015年12月22日启用供水，有力支撑下游社会经济的发展。同时旧输水系统作为备用，提高了供水可靠性，为可持续性供水奠定基础。