阿勒泰地區(qū)黃泥灘供水工程6.2千米隧洞襯砌方案

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(新疆阿勒泰地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 阿勒泰 836500)

1 工程概況

黃泥灘灌區(qū)供水工程位于新疆維吾爾自治區(qū)阿勒泰地區(qū)富蘊(yùn)縣喀拉布勒根鄉(xiāng)境內(nèi)，距富蘊(yùn)縣118km，距216國(guó)道72km，距福海至恰庫(kù)爾圖公路10km，富蘊(yùn)縣至杜熱公路穿過(guò)工程區(qū)，現(xiàn)有的簡(jiǎn)易公路直達(dá)施工場(chǎng)地，交通便利。

黃泥灘灌區(qū)供水工程主要任務(wù)為：使已完建的峽口水庫(kù)發(fā)揮效益，充分利用該水庫(kù)調(diào)節(jié)能力，保障水庫(kù)北岸灌區(qū)的灌溉及其他用水，為重點(diǎn)工程喀臘塑克水利樞紐淹沒(méi)區(qū)移民安置提供水源保證。供水工程隧洞設(shè)計(jì)流量為8.2m3/s，加大流量為10.2m3/s，總長(zhǎng)度6.20km，下游控制的灌溉面積為0.93萬(wàn)hm2。

該工程主要建筑物引水隧洞級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)建筑物圍堰和豎井建筑物級(jí)別為5級(jí)。

2 水文氣象及工程地質(zhì)

2.1 氣象與水文

項(xiàng)目區(qū)多年平均氣溫3.4℃，極端最低氣溫-42.7℃， 極端最高氣溫39.6℃，多年平均降水量114.1mm，多年平均蒸發(fā)量1844.4mm，多年平均日照時(shí)數(shù)2873.4h，多年平均風(fēng)速3.0m/s，最大積雪深度0.28m，最大凍土深度150cm。

烏倫古河發(fā)源于阿爾泰山東段海拔3350m的達(dá)拉大板。該河由大青河、小青河、查干河以及源自蒙古國(guó)的布爾根河匯流而成，自北向南流，在二臺(tái)水文站上游折向西北流，流經(jīng)青河、富蘊(yùn)、福海三縣，最終注入吉力湖。從河源至湖口全長(zhǎng)821km，其中烏倫古河干流全長(zhǎng)523.0km，流域總面積3.79萬(wàn)km2?？祭崭恼究刂屏藶鮽惞藕尤刻烊粡搅?，多年平均徑流量為10.4億m3。

由于河水主要以融雪水補(bǔ)給，因此懸移質(zhì)含沙量較少，其年平均含沙量為0.001～0.28kg/m3，年輸沙量為1.12萬(wàn)～46.4萬(wàn)t，輸沙率最大月出現(xiàn)在5～6月。推移質(zhì)取懸移質(zhì)輸水量的10%，故多年平均推移質(zhì)量為3.6萬(wàn)t/年。

2.2 工程地質(zhì)

該工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為VI度區(qū)；工程區(qū)動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s。

引水洞線地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，在第三系巖層覆蓋區(qū)存在一個(gè)明顯的古風(fēng)化殼，厚度5～15m，古風(fēng)化殼下巖石完整性差，洞室?guī)r類別主要為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類，巖性以安山巖、凝灰?guī)r和花崗巖為主。工程區(qū)無(wú)活動(dòng)性斷層和孕震構(gòu)造存在，屬地震和地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。

3 工程布置及主要建筑物

3.1 引水隧洞洞線的總體布置

進(jìn)口布置在峽口水庫(kù)上游3.5km的河道大拐彎處，出口位于黃泥灘平地。地形總的特征是兩端低洼，中間部位為沖積平臺(tái)，地勢(shì)較高，呈馬鞍形。根據(jù)地形地質(zhì)條件選擇了A、B、C三條洞線進(jìn)行比選論證，綜合比較后將B線作為該設(shè)計(jì)階段推薦洞線，縱坡取1/1520。引水洞進(jìn)口位于烏倫古河河道大拐彎，出口位于黃泥灘臺(tái)地，后接南線方案引水干渠至黃泥灘灌區(qū)。

3.2 隧洞段設(shè)計(jì)

a.引水洞。根據(jù)黃泥灘灌區(qū)所控制的地面高程，反推總干渠首端渠底高程，確定黃泥灘引水隧洞箱涵段進(jìn)口底板高程731.40m、出口底板高程727.46m。根據(jù)水量平衡計(jì)算，在保證南岸與北岸黃泥灘灌區(qū)用水、下游河道及生態(tài)用水前提下，按正常蓄水位737.50m、加大流量10.2m3/s進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工況下洞內(nèi)流態(tài)為無(wú)壓流，洞身斷面為城門洞形。

b.上游引水渠段。上游引水渠段總長(zhǎng)275m，主要包括箱涵段、重力式擋土墻段和進(jìn)口扭面段。樁號(hào)0+100～0+275段采用箱涵，斷面為矩形，斷面尺寸2.8m×3.2m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土等級(jí)C25F200W6，箱涵以上開挖邊坡取1∶1.2；樁號(hào)0+50～0+100段采用重力式漿砌石擋土墻和漿砌石扭面連接，漿砌石均采用C20F200細(xì)?；炷凉纯p砌筑；樁號(hào)0+000～0+050段采用1∶2.5邊坡開挖。

c.閘室段。閘井段設(shè)一平板事故門、一道平板工作門，孔口尺寸2.8m×3.2m，閘室底板高程731.28m，全長(zhǎng)8.9m，寬5.2m，閘井頂高程742.28m，閘井頂部設(shè)11.0m長(zhǎng)的平臺(tái)。

d.洞身段。洞身段長(zhǎng)5816m，其中樁號(hào)0+284～0+300.9段為消力池段，邊墻為80cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板為65cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；樁號(hào)0+300.9～0+450段大開挖，斷面為城門洞形，底寬2.8m，高3.2m，縱坡1/1520，以上開挖邊坡為1∶1.0， 設(shè)計(jì)工況下洞內(nèi)流速1.572m/s。

e.出口連接段。該段總長(zhǎng)度100m，采用矩形斷面，縱坡1/1520，糙率0.015，加大水深2.32m，設(shè)計(jì)水深1.95m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌厚度30cm，混凝土等級(jí)均采用C20F200W6。矩形斷面以上開挖邊坡取1∶0.75，高程735.56m處設(shè)1.5m寬的馬道，隧洞出口矩形斷面與下游渠道梯形斷面采用10m的扭面連接。

3.3 隧洞襯砌方式

對(duì)于城門洞斷面的鉆爆法施工段，采用一次噴錨支護(hù)與二次鋼筋混凝土襯砌相結(jié)合的復(fù)合式襯砌。一次噴錨支護(hù)作為永久襯砌結(jié)構(gòu)的一部分，根據(jù)地質(zhì)情況的不同，在洞周一定范圍內(nèi)打系統(tǒng)錨桿并掛網(wǎng)、噴混凝土，使洞體圍巖成為一個(gè)承載結(jié)構(gòu)，這樣可以減少作用在二次支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載，充分發(fā)揮圍巖的承載能力。

3.3.1 一次噴錨支護(hù)

Ⅱ類圍巖:自穩(wěn)條件好，開挖后變形很快穩(wěn)定，不做噴錨支護(hù)。Ⅲ類圍巖：噴8cm厚的混凝土，頂拱掛網(wǎng)φ8@20cm×20cm。Ⅳ類圍巖：噴10cm厚的混凝土，布設(shè)系統(tǒng)錨桿φ22，入巖長(zhǎng)度為1.50m，間、排距為@1.00m×1.00m，頂拱掛網(wǎng)φ8@15cm×15cm。Ⅴ類圍巖：噴12cm厚的混凝土，布設(shè)系統(tǒng)錨桿φ22，入巖長(zhǎng)度為1.5m，間、排距為@1.00m×1.0m,全周掛網(wǎng)φ8@10cm×10cm，并架設(shè)H125型鋼支撐，排距0.50m。其中對(duì)Ⅲ、Ⅵ、Ⅴ類圍巖段進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，排距宜采用2.0～4.0m，每排不宜少于6孔，孔位宜作對(duì)稱布置，孔深為3.0～5.0m，灌漿壓力0.4 ～0.8MPa，為避免鉆灌漿孔時(shí)碰到鋼筋,襯砌體內(nèi)須預(yù)留灌漿孔,孔徑50mm。錨桿采用普通砂漿錨桿,若遇掛網(wǎng)支護(hù)段,錨桿須與鋼筋焊接。

對(duì)隧洞工程來(lái)說(shuō)，工程地質(zhì)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。由于該工程隧洞線路長(zhǎng)、埋深較大，不可能把地質(zhì)條件探測(cè)得一清二楚，在施工期，應(yīng)根據(jù)不同洞段的地質(zhì)條件、地質(zhì)預(yù)測(cè)與施工過(guò)程中的圍巖監(jiān)控量測(cè)成果，分析及選擇支護(hù)形式和支護(hù)時(shí)間，判斷圍巖的穩(wěn)定性，隨時(shí)調(diào)整支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)適時(shí)噴錨支護(hù) ，充分發(fā)揮圍巖的自承作用，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)采用反演理論來(lái)指導(dǎo)隧洞的設(shè)計(jì)及施工。

3.3.2 二次襯砌

根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇最不利工況配筋，并進(jìn)行限裂驗(yàn)算，通過(guò)分析確定混凝土襯砌厚度：0+450～1+250段,巖性為晶屑巖屑凝灰?guī)r，圍巖類別劃分為Ⅲ類，采用模筑鋼筋混凝土，厚度40cm；1+250～3+000段,巖性為晶屑巖屑凝灰?guī)r,圍巖類別劃分為Ⅲ類，采用模筑鋼筋混凝土，厚度40cm；3+000～3+066.5段,受F3斷層破碎帶影響，巖體呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)或碎裂結(jié)構(gòu)，圍巖總體評(píng)價(jià)為Ⅳ～Ⅴ類，采用模筑鋼筋混凝土，厚度40cm；3+066.5～3+555m,巖性為晶屑巖屑凝灰?guī)r，圍巖類別劃分為Ⅲ類，采用模筑鋼筋混凝土，厚度40cm；3+555～5+480段,巖性為安山巖，圍巖類別劃分為Ⅱ類，采用模筑鋼筋混凝土，厚度40cm；5+480～6+100段,巖性為花崗巖，圍巖類別劃分為Ⅲ～Ⅳ類，采用模筑鋼筋混凝土，厚度40cm。隧洞鋼筋混凝土襯砌一般按10m長(zhǎng)設(shè)伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)瀝青木板，中間放置橡膠止水帶。在頂拱90°～120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿的排距宜為2.0～6.0m，灌漿壓力為0.3～ 0.5MPa，灌漿孔應(yīng)深入圍巖5cm以上。

4 施 工

a.導(dǎo)流方式。黃泥灘灌區(qū)供水工程不承擔(dān)防洪任務(wù)，防洪任務(wù)由峽口水庫(kù)承擔(dān)，烏倫古河洪水大小不影響黃泥灘灌區(qū)安全。峽口水庫(kù)蓄水后，引水隧洞進(jìn)口在庫(kù)內(nèi)正常蓄水位737.5m以下，需修筑圍堰，以確保引水隧洞和閘井段的正常施工。引水明渠段在枯水期開始施工，9月15日以后峽口水庫(kù)水位可降至730.0m以下，在入冬以前可完成引水明渠段的修建，故不影響其正常施工。施工期間需在圍堰下游設(shè)置排水溝和集水坑，以排除施工期間圍堰滲水。

b.施工進(jìn)度。該階段施工總工期為19個(gè)月。其中工程準(zhǔn)備期2個(gè)月，主體工程施工期15個(gè)月，工程完建期2個(gè)月。

5 結(jié) 語(yǔ)

富蘊(yùn)縣黃泥灘灌區(qū)供水工程于2007年3月開工建設(shè)，2010年5月正式投產(chǎn)。實(shí)踐證明：該工程已發(fā)揮效益，運(yùn)行情況良好，建設(shè)以來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)任何引水隱患。工程的建設(shè)為人、畜、草提供了可靠的水源保障。目前已開發(fā)灌溉面積0.93萬(wàn)hm2，為人工飼草料地，定居游牧人口1.4萬(wàn)人。工程的建成，改變了牧民生活方式，由游牧轉(zhuǎn)變?yōu)槎粱虬攵?即夏天高山放牧，冬季在農(nóng)區(qū)以舍飼為主、放牧為輔)，每年游牧?xí)r間可從365天縮短至182.5天左右?？芍脫Q天然草場(chǎng)75.22萬(wàn)hm2，保護(hù)草原生態(tài)，保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境。