公明水库—清林径水库连通工程设计研究.pdf

水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期Water Resources and Hydropower Engineering Vol.54 No.S2何江华.公明水库清林径水库连通工程设计研究J.水利水电技术(中英文),2023,54(S2):170-174.HE Jianghua,.Design study for the Gongming Reservoir-Qinglinjing Reservoir Connecting ProjectJ.Water Resources and Hydropower En-gineering,2023,54(S2):170-174.公明水库清林径水库连通工程设计研究何江华(深圳市发展和改革委员会,广东 深圳 518000)收稿日期:2023-06-30 作者简介:何江华(1975),男,高级工程师,学士,主要从事水利工程规划、市政基础设施投融资方面研究。E-mail:107641066 摘 要:公明水库清林径水库连通工程是深圳市“三纵四横”骨干水网的重要组成部分,在东江停水 90 d 或西江停水 90 d 极端条件下,可有效保障深圳市供水安全,并为向香港应急供水创造条件。对工程的必要性、工程规模、总体线路布置、隧洞衬砌结构、隧洞纵断面及排水检修、隧洞施工分段等内容进行了介绍,可作为类似连通工程设计参考。关键词:骨干水网;停水;供水安全;应急供水;衬砌结构;施工分段DOI:10.13928/ki.wrahe.2023.S2.027中图分类号:TV697文献标志码:B文章编号:1000-0860(2023)S2-0170-05Design study for the Gongming Reservoir-Qinglinjing Reservoir Connecting ProjectHE Jianghua(Shenzhen Development and Reform Commission,Shenzhen 518000,Guandong,China)Abstract:Gongming Reservoir-Qinglinjing Reservoir Connecting Project is an important part of the backbone water network in Shenzhen with“three vertical and four horizontal”lines.It can effectively ensure the safety of water supply to Shenzhen and cre-ate conditions for emergency water supply to Hong Kong under the extreme conditions of 90 days of water outage in Dongjiang or 90 days of water outage in Xijiang.The necessity of the project,project scale,overall line layout,tunnel lining structure,longi-tudinal section of the tunnel and drainage overhaul,and tunnel construction section are introduced,which can be used as refer-ences for the design of similar connecting projects.Keywords:backbone water network;water outages;water supply security;emergency water supply;lining structures;construc-tion sections.1 工程概况1 工程概况 公明水库清林径水库连通工程(以下简称“公清连通工程”)是珠江三角洲水资源配置工程在深圳境内配套项目之一,是深圳市骨干水网重要组成部分。工程全线位于深圳市光明区、龙华区和龙岗区,建成后将深圳市西北部的公明水库(库容 1.38 亿 m3)与东北部的清林径水库(库容 1.86 亿 m3)进行连通,以实现西江水与东江水的水源互通1。公清连通工程任务是实现东江和西江水资源联合调配,提升水资源调配能力,实现龙岗区和龙华区双水源,保障深圳市供水战略储备目标,增强深圳市水安全保障能力,并为向香港应急供水创造条件。工程正常输水规模为 185 万 m3/d,东江应急工况下,供水规模为 347 万 m3/d,西江应急工况下,供水规模为 200 万 m3/d。工程等别为 等大(1)型,输水干线全长 41.15 km,全程采用深埋隧洞的形式,埋深 50 m209 m,过流071何江华/公明水库清林径水库连通工程设计研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期断面直径 5.2 m,穿越深圳市光明区、龙华区、龙岗区等主城区,工程主要建筑物包括:公明水库取水口、清林径水库取水口,输水干线,茜坑水库支线、东深支线、至坂雪岗、苗坑及南坑等 3 座水厂的 3 条支线,1 座地下泵站、3 座地面竖井式泵站,1 座地下阀室,1 座分水井、1 座阀井、3 座 TBM 工作井、2 座通风排水井,3 条交通洞,1 座支线工作井。工程投资约 117 亿元,总工期 62 个月,项目先行段已于 2022 年 12 月开工建设,预计 2028 年 6 月完工通水。2 工程建设必要性与规模2 工程建设必要性与规模2.1 建设必要性 深圳市本地水资源贫乏,目前主要从东江引水。东深供水工程、东江水源工程是从东江引水的两大引调水工程,其中东深供水工程年总供水量达 8.73 亿 m3,东江水源工程年总供水量为 7.2 亿 m3。目前广东省正在建设珠江三角洲水资源配置工程,根据工程初步设计报告成果,该工程在多年平均来水情况下向深圳分水量为 8.47 亿 m3。现状东深和东部供水工程供水量占全市总供水量的 85%。由于境外引调水水源单一,东江干流遇到重大突发事件或特殊枯水期,深圳市应急供水保障能力不足,也将影响东深供水工程向香港供水任务1。根据深圳市水厂整合与水源调配优化规划研究,苗坑、甘坑、金园三座水库取消供水功能后,坂雪岗、苗坑水厂在北线检修期将无水可供,缺少第二水源。南坑水厂的检修期水源为雁田水库,雁田水库现状兴利库容 332 万 m3,南坑水厂远期将扩建为 45 万 t/d,平均供水流量为 24.4 万 t/d,检修期 1 个月最小用水需求为 732 万 m3,雁田水库远不能满足远期供水需求。考虑深圳水资源现状以及 2035 年超大城市发展需求,建设公清连通工程十分必要。工程是完善深圳市骨干水网布局、提高全市供水保障率的需要,是深圳市“三纵四横”骨干水网的重要组成部分,连通了东深供水工程、东江水源工程和罗田水库铁岗水库输水隧洞工程,完善了深圳市供水骨干网络,可实现深圳市境内东江和西江水资源联合调配、丰枯互济,提高了全市供水保证率。同时,工程也是优化深圳供水格局、提高供水系统灵活性的需要,连通工程可以有效改变深圳市供水系统由东向西的单向供水格局,实现供水系统东西双向输水的格局,极大的提高了供水系统调度的灵活性,增强了供水系统对未来经济社会发展布局适应性。工程还是实现龙岗区和龙华区双水源、提高水源保障水平的需要,通过公清连通工程布局优化,公清连通工程线路与第二水源工程方案相结合,在公清连通工程上分别设置坂雪岗水厂、苗坑水厂、南坑水厂和茜坑水库供水支线,在东深供水工程和北线引水工程检修期,可通过清林径水库或公明水库作为上述水厂的第二水源,实现了龙岗区和龙华区双水源。此外,工程还是落实珠三角水资源配置工程部署、为香港应急供水创造条件的需要。珠三角水资源配置工程在深圳市交水点为公明水库,建设公清连通工程在东深供水工程停水期间,利用珠三角水资源配置工程输送西江水以及公明水库和清林径水库储备水量,通过公清连通工程及东深支线工程输水至深圳水库,并利用已有向香港供水管道输水到香港,为珠三角水资源配置工程向香港应急供水提供条件。2.2 工程规模 连通工程规模的控制工况为东江停水 90 d 或西江停水 90 d。90 d 断水条件下,城市原水系统应急供水中不考虑非常规水源。因此,本工程在东江或西江断水 90 d 应急供水工况中,仅考虑珠三角水资源配置工程、东深供水工程、东江水源工程、以及本地供水水库的可供水量。深圳市珠三角水资源配置工程、东深供水工程和东江水源工程 3 大境外工程在每年枯水期各有 1 个月检修期,分别为 1 月、12 月和 3 月,每年检修期本地水库需要向水厂供水量约 2.1 亿 m3,检修期后深圳市中小型水库蓄水量均会消落至低水位并持续一段时间,仅公明水库、清林径水库和铁岗水库等控制性水库检修期末能够保持一定储备水量。西江停水 90 d 时,东深供水工程和东江水源供按照设计规模引水;东江停水 90 d 时,珠三角水资源配置按照罗田交水点设计流量 40 m3/s(含香港应急 10 m3/s)分水。东江或西江停水 90 d 发生在不同时间,本地水库储备水量不同,深圳市应急供水保障能力也有所差别。东江或西江停水 90 d 时本地水库起始水位分别考虑按照正常蓄水位、多年平均水位和检修后低水位(西江停水90 d 发生在2 月初,东江停水90 d 发生在4 月初)三种方案考虑,经综合比较,推荐采用检修后低水位方案进行过程规模测算1。综合考虑公清连通工程满足深圳市正常供水、检修供水和应急供水需求,在此基础上考虑实现珠三角水资源配置工程向香港应急供水条件,则公明水库至东深供水段输水规模为 347 万 m3/d(40.16 m3/s),清林径水库至东深供水端输水规模 200 万 m3/d(22.78 m3/s)。工程规模如表 1 所列。171何江华/公明水库清林径水库连通工程设计研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期表 1 连通工程干线隧洞输水规模万 m3/d分项任务公明东深清林径东深深圳(应急)供水保障所需连通规模北线检修期南坑、苗坑、坂雪岗和茜坑水厂供水165西江停水 90 天应急供水200200东江停水 90 天应急供水261110最大值(取外包)261200向香港应急供水(自流至东深供水雁田隧洞)86综合规模3472003 总体线路布置3 总体线路布置 方案论证阶段1,根据公清连通工程连通公明水库、清林径水库与东深供水工程的功能要求,初拟北线方案(东莞线)、中线方案(地铁 10 号线结合)及南线方案(深圳线)三条线路开展综合比选。南线方案(深圳线)布置在深圳境内,协调难度相对小,工期可控,不与轨道交通共线,可向茜坑水库、苗坑水厂、坂雪岗水厂、南坑水厂、东深雁田隧洞分水,运行调度灵活经济,工程投资最小,予以推荐。推荐线路布置如图 1 所示。图 1 公清连通工程线路总体布置线路布置原则为:避开东莞布置在深圳境内,衔接茜坑水库、水厂等供水对象,具备地面建筑物布置的用地条件,尽量避开建筑物密集区以及森林公园以及生态保护红线环境敏感区。输水线路从公明水库取水口起,斜穿外环高速后,由北向南顺龙澜大道布置,至茜坑水库东侧布置茜坑水库分水支线后斜穿观天路后,顺澜汇路穿行至沈海高速秀峰立交桥西侧的山体内,布置苗坑泵站与坂雪岗泵站,再分水至北侧的苗坑水厂与南侧的坂雪岗水厂,干线穿过秀峰立交后与沈海高速伴行,至南坑水厂附近下穿沈海高速,绕过龙口水库、神仙岭水库后,顺东莞市和深圳市边界线自南向北布置,穿越外环高速及清林径水库 6#坝东侧山体后,至清林径水库取水口。4 隧洞结构设计4 隧洞结构设计4.1 衬砌结构 干线隧洞全长 41.15 km,分 6 段施工,第 13段采用双护盾 TBM 施工,第 4 段、第 6 段采用双模式 TBM 施工,第 5 段(岩溶段)采用悬臂式掘进机(结合钻爆法)施工2。TBM 段开挖洞径 6.7 m,圆形断面,采用管片作为外衬、钢管作为内衬+复合式排水板的组合式结构3-4。管片采用左右通用矩形管片,厚 0.3 m,管片内径5.8 m、外径6.4 m。管片与开挖面间采用豆砾石回填、并对豆砾石空隙进行注浆填充,厚 0.15 m;隧洞全程采用钢衬,过流断面直径5.2 m,钢管与管片间填充 0.3 m厚 C30 自密实混凝土。为减少地下水入渗、提高管片结构防水能力,对、类围岩段利用管片预留注浆孔进行固结灌浆。TBM 隧洞三维结构如图2 所示。第 5 段开挖断面尺寸 6.60 m6.65 m(宽高)7.00 m6.85 m(宽高),城门洞型,根据不同部位的围岩类别,采用挂网喷锚、钢支撑等进行一次支护,衬砌采用钢衬混凝土结构,钢管直径 5.2 m,钢管与喷混凝土间填充高性能自密实混凝土,混凝土强度等级为 C30,厚 0.6 m。4.2 纵断面及排水检修分段公清连通工程输水线路穿越主城区,线路纵剖面设计需考虑为深圳城市发展预留发展空间,从占地少、少占浅层(地表)空间、环境影响小、经济指标优、交叉穿越安全等方面综合考虑,参考罗铁、西南等类似工程经验,输水干线选择采用深 埋 隧 洞 方 案,271何江华/公明水库清林径水库连通工程设计研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期图 2 TBM 施工洞段三维结构城区段埋深一般大于 50 m,最大埋深 209 m。分别在公明水库、清林径水库设取水口,公明取水口运行水位为 3759.83 m,进口底板高程 29.8 m,清林径取水口运行水位为 5179.13 m,进口底板高程 44 m。沿线设福城、田茜、雁田、南坑、神仙岭、公交总站等工作井,以及 1 座地下坂苗泵站(板苗阀室)、3 座地面竖井式泵站、3 条交通洞等建筑物,全线分 6 段检修,第 1 段为公明水库取水口田茜工作井,第 2 段为田茜工作井坂苗阀室,第 3 段为坂苗阀室雁田通风排水井,第 4 段为雁田通风排水井南坑分水井,第 5 段为南坑分水井神仙岭通风排水井,第 6 段为神仙岭通风排水井清林径水库取水口,检修排水量为 8.6 万20.2 万 m3,检修排水时长约 39.694.5 h。干线隧洞纵断面及排水检修分段如图 3 所示。5 隧洞施工分段5 隧洞施工分段 干线隧洞第13 段、第6 段采用 TBM 施工,第5段(岩溶段)采用悬臂式掘进机(结合钻爆法)施工。沿 线共布置有 6 个工作井和 3 条检修交通洞(群),各工作井或施工支洞将输水干线划分为 6 个主要施工段,第 16 段长度分别为 9.54 km、7.49 km、6.95 km、5.66 km、4.27 km、7.24 km,施工总工期 62 个月。第 1 段公明进口福城井田茜井段,TBM 由田茜工作井始发,过站福城井(钢管安装),在公明取水口出洞;第 2 段田茜井坂苗阀室段,TBM 由田坂苗交通洞始发,在田茜工作井出洞;第 3 段坂苗阀室雁田工作井段,TBM 由雁田工作井始发,在坂苗交通洞出洞;第 4 段雁田井南坑井228 交通洞段,TBM 由在 228 交通洞始发,过站南坑分水井,在雁田工作井出洞;第 5 段 228 交通洞神仙岭竖井公交总站井段,分别在 228 交通洞、神仙岭竖井、公交总站竖井进洞分头掘进施工。施工分段示意详如图 4 所示。6 结 论6 结 论 (1)公清连通工程是深圳市骨干水网重要组成部分,工程建设是必要的。(2)工程主要任务是实现东江和西江水资源联合调配,提升水资源调配能力,实现龙岗区和龙华区双水源,保障深圳市供水战略储备目标,增强深圳市水安全保障能力,并为向香港应急供水创造条件。(3)工程正常输水规模为 185 万 m3/d,东江应急工况下,供水规模为 347 万 m3/d,西江应急工况下,供水规模为 200 万 m3/d。(4)工程全线路位于深圳境内,干线隧洞全长41.15 km,分6 段施工,第14 段、第6 段采用 TBM施工,第 5 段(岩溶段)采用悬臂式掘进机结合钻爆法施工,施工总工期 62 个月,预计 2028 年建成通水。图 3 输水干线纵断面及分段检修示意(高程单位:m)371何江华/公明水库清林径水库连通工程设计研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期图 4 输水干线施工分段示意参考文献:1 长江勘测设规划计研究院有限责任公司.公明水库清林径水库连通工程初步设计报告R.武汉:长江勘测设规划计研究院有限责任公司,2022.2 董安建.我国调水工程设计实践与创新J.中国水利,2010,20(9):13-16.3 沈凤生,林德才,唐景云.引江补汉工程重大技术问题的考虑J.中国水利,2022,18(7):12-14.4 符志远,张传健,邓家林.穿黄隧洞工程布置与结构型式研究J.人民长江,2011,42(8):24-29.(责任编辑 王海锋)471