掌鸠河引水供水工程特点及新技术应用

掌鸠河引水供水工程特点及新技术应用

曾光宇

（昆明市水利局）

摘要：昆明掌鸠河外流域调水工程，七年规划设计、七年施工奋战。98km的输水线路以隧洞为主，工程艰巨、施工困难。工程创新设计理念、科学管理，精心施工，采用多项新技术和新工艺，云龙水库获2006年云南省优质工程一等奖，第七自来水厂获2005年国家优质工程银质奖。

关键词：掌鸠河　外流域调水　新技术　应用

一、基本情况

新中国成立以来，特别是近30年昆明经济社会高速发展，城市人口剧增，昆明逐渐变成一个严重缺水的城市。为解决昆明水荒，几代水利人作了不懈的努力。1993年4月昆明外流域调水前期工作启动，1998年4月、11月，国家计委分别批复了掌鸠河引水供水工程项目建议书和可研报告，1999年12月掌鸠河引水供水工程的水源工程开工建设。这是确保昆明市经济社会可持续发展的重大水利基础设施建设项目，是云南省规模最大的解决城市供水的跨流域引水工程。

在滇池流域周围的河流水系中，掌鸠河水量相对丰富，经多方案比较，最后选定掌鸠河跨流域调水方案。工程建设包括：新建总库容4.84亿m³的云龙水库，搬迁移民1.1万人；修建设计流量8m³/s（校核10m³/s）、长98km的输水线路（隧洞86km，倒虹吸和沟埋管12km）；新建日供水60万吨的昆明第七自来水厂和93km的配水管网。近期每年向昆明供2.2亿m³优质水（远期2.5亿m³）。工程批准投资概算39.4亿元，其中利用日本国际协力银行贷款209.03亿日元（约合人民币14.3亿元）。

二、工程建设存在的主要困难

工程沿线为山地与沟谷相间的地形地貌，高程1 560～2 670m，山高谷深。区内地质条件复杂，地层发育较全，从元古界至新生界均有分布。输水线通过普渡河大断裂，普渡河断裂两侧分支断层发育，沿线有61条宽度大于10m的断层，破碎带总宽约2.3km。86km长的隧洞通过不同时代的灰岩和白云岩，长度约33km，岩溶发育。大部分隧洞埋深200～500m，地下水丰富。

输水线以隧洞为主，隧洞之间跨沟谷采用倒虹吸或沟埋管连接。隧洞共16条、共86km，其中长5～10km的7条，长10km以上的2条。最长的上公山隧洞长13.8km，采用TBM施工，由于地质条件差，岩性软硬不均，出现较大涌水和流沙，全断面掘进机在掘进7.5km后卡死，停机10个月，处理无效后，不得不改变施工方法，拆除掘进机，新开三条施工支洞，采用钻爆法施工。11.2km长的厂口隧洞，Ⅴ类围岩占44.6%，塌方、涌水、泥石流层出不穷，隧洞穿普渡河主干断层时，同一掌子面，四次发生泥石流，2002年12月7日第三次泥石流，方量高达2 500m³，2分钟左右将已开挖、长240m的洞段塞满，处理500m长的穿普渡河主干断层洞段，耗时两年多，施工异常艰辛。长9km的五老山隧洞处于输水线末端，地下水位高，涌水大，Ⅴ类围岩高达50.8%，岩石破碎，塌方频频发生，施工多次受阻。8.2km长的平地隧洞，最大埋深430m，地下水极为丰富，掌子面多次被涌水淹没，最大涌水约400L/s，排水、施工十分困难。其余隧洞、Ⅴ类围岩比例平均占35%左右，由于长隧洞多，施工断面偏小、埋深大，通风、排烟、排水、除渣及施工机械使用均较困难。四座倒虹吸全长10km，水头分别为230m、130m、340m、420m，其中岔河倒虹吸水头420m，长2.1km，管径2.2m，堪称亚洲之最，管线跨越普渡河峡谷，两岸山坡坡度30°～44°，施工机械和设备难以到位，施工极为困难。

三、采用新技术和新工艺，提高工程的科技含量

在国家、省、市各级领导和有关部门的关心支持下，在全市人民的关注下，掌鸠河引水供水工程的全体建设者，高标准、严要求，创新设计理念，不断优化设计、科学管理、精心施工，采用多项先进技术，铸就百年工程。

（一）云龙水库

可研批复坝型为碾压混凝土重力坝，随着地勘工作的深入，发现建重力坝的基础条件不太理想。坝基有一条顺水流较宽F2断层，坝体易产生不均匀沉陷，采取技术措施处理，会增加投资。经方案比较，设计单位建议改用更能适应基础条件的土石坝型，采用当地建筑材料的黏土心墙堆石坝，节约了工程投资约0.5亿元。施工中，设计、监理、质检人员对筑坝材料反复试验，严格控制含水量和级配，精心施工，大坝填筑质量符合规范要求。云龙水库大坝填筑材料试验，获云南省2006年度优秀工程勘察二等奖。设计单位通过调查，水库表层0～2m水温及含氧量适宜藻类生长，库水表层6m以下，藻类含量很少，为保证取水口水质，在引水隧洞进口设置了分四层的取水塔，在云南省属首例。根据设计、施工质量、管理水平等，云龙水库枢纽工程评为2006年云南省优质工程一等奖。

（二）输水线路

输水线路是引水工程的关键和难点。规划阶段推荐采用沿地形等高线重力流加盖渠道、长181km的方案，项目建议书上报后，根据现场评估调研意见，补充了采用以隧洞为主的输水方案（线路长126.8km），国家计委按隧洞为主的输水方案批复了项目建议书。可研阶段设计单位通过深入工作，从输水线路的可靠性，维护管理方便及技术经济等方面考虑，隧洞为主的方案优化为99.36km长。初设时方案又进一步优化。

云龙水库死水位与第七水厂配水井高差98.5m，对于是否利用库水头以及隧洞采用有压输水还是无压、高压还是低压，设计单位反复论证，最终采用了不利用库水头、沿输水线设9个结合井，分段压低水头的低承压输水方案（最大承压0.18MPa）。实践证明，低承压输水方案，技术风险小、控制方便、运行可靠。

穿越普渡河断裂是输水线的难点。普渡河断裂属区域性活动断裂，历史上多次发生6级左右地震，最近一次地震为1985年4月18日禄劝转龙6.3级地震。厂口隧洞中段穿过普渡河主干断层，破碎带及影响带总宽度450m。为适应复杂地质条件，确保地震时，隧洞衬砌结构破坏情况下，输水线仍能正常工作，设计上对450m洞段采用洞内钢管方案，并设置波纹伸缩节10套和双向滑动支座9套。

为安全通过普渡河主干断层，面对塌方、涌水不断、泥石流频频发生，施工单位遵循新奥法施工原则，制定了周密的施工方案稳扎稳打，逐步推进。基本清理完泥石流后，在距掌子面60m处，设混凝土墙封堵，用泵送C15混凝土和化学灌浆固结坍方体；进行超前地质预报，采用高密度电阻率法勘探、地震CT勘探、TSP超前地质预报等综合方法，预测破碎带开挖面前方围岩情况、地下水情况等，查清地质情况后，采取相应施工措施；采用超前大管棚预注浆支护，以堵为主、适当排水。施工采用不爆破、浅进尺、多循环。同时采用径向长锚杆、喷射混凝土、格栅钢架联合支护拱顶边墙，及时施工底部钢筋混凝土，尽早封闭形成环，增强一次支护抗力。掌子面根据情况适时封堵，前方围岩固结灌浆后再打开。二次钢筋混凝土衬砌紧跟施工，为保安全，设置13个监测断面，埋设单点位移计、多点位移计、应变计、渗压计、水位传感器等12种监测仪器，及时监测围岩及衬砌变化。施工单位将上述施工措施总结为：“准预报、管超前、严注浆、不爆破、留核心、强支护、快封闭、勤量测、二衬紧跟。”经过近两年的顽强拼搏，最艰难的450m洞段安全通过。

上公山隧洞采用了世界先进施工技术——双护盾全断面掘进机（TBM）施工。输水一标段原为TBM施工两个隧洞（上公山和康乐）共21.6km，施工中，由于地质条件复杂、机型选择不佳、施工操作存在问题等诸多原因，TBM掘进7.5km后，卡死报废，余下洞段被迫改用钻爆法施工。尽管TBM施工未达到预期目的，但对于低承压水工隧洞采用TBM施工，对昆明水利、云南水利无疑是一次有益的尝试。

（三）第七自来水厂

新建的七水厂是云南省规模最大水厂，供水能力为60万吨/日（一期40万吨/日）。水厂采用常规处理工艺，其主要技术特点为：一是采用瑞士苏尔寿翻板滤池技术，陶粒、石英砂双层滤料，气水反冲洗，分阶段不连续排除反冲洗水，水过滤时间长，水质优良，反冲洗用水量少。这在亚洲为第二座（香港为第一座）。二是充分利用水厂高程优势，重力供水（取、净、配、供均为重力流方式）。能耗仅为常规水厂的20%～25%（昆明1～6水厂平均单位电耗为0.21kWh/m³，七水厂一期为0.052、二期为0.037）。由于质量优良、设计先进、管理科学，一期工程评为国家市政工程2004年度中国金杯示范工程奖、2005年国家优质工程银质奖。

四、结束语

2007年3月13日云龙水库的清泉流进昆明第七自来水厂，3月25日昆明市举行了隆重的掌鸠河引水供水工程通水仪式，历时7年3个月建设的昆明市外流域调水工程，创造了昆明水利史和城市供水史的奇迹。跨越世纪的昆明掌鸠河外流域调水工程，七年规划设计、七年施工奋战，数千名建设者顽强拼搏，用智慧和血汗镌刻了一座无字的丰碑，它将永远载入昆明水利史册。