觀音閣水庫(kù)輸水隧洞工程設(shè)計(jì)與細(xì)節(jié)施工分析

張 鐵

(遼寧省湯河水庫(kù)管理局，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

科學(xué)研究及工程設(shè)計(jì)

觀音閣水庫(kù)輸水隧洞工程設(shè)計(jì)與細(xì)節(jié)施工分析

張 鐵

(遼寧省湯河水庫(kù)管理局，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

水庫(kù)輸水隧洞主要承擔(dān)工程導(dǎo)流、水流消能等任務(wù)，是水庫(kù)工程中的重要組成部分。本文以遼寧觀音閣水庫(kù)工程為實(shí)例，結(jié)合具體工程地質(zhì)條件，介紹了輸水隧洞的斷面設(shè)計(jì)、襯砌支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)以及施工方案，并對(duì)工程中細(xì)節(jié)施工問(wèn)題作了列舉分析，以期為以后該類工程建設(shè)提供一些可參考經(jīng)驗(yàn)。

輸水工程；隧洞；設(shè)計(jì)；細(xì)節(jié)施工

1 工程概況

遼寧省觀音閣水庫(kù)輸水工程位于本溪市轄區(qū)的太子河干流上，該項(xiàng)工程的主要任務(wù)是將已建的觀音閣水庫(kù)庫(kù)水經(jīng)過(guò)輸水隧洞及管線自流輸入到本溪市區(qū)，工程規(guī)模屬大型Ⅱ等。該工程取水頭部起點(diǎn)位于觀音閣水庫(kù)壩址上游左岸，終點(diǎn)位于本溪市北臺(tái)鎮(zhèn)橋頭村，全長(zhǎng)約60km，設(shè)計(jì)規(guī)模為125萬(wàn)m3/d。管道大部分沿河敷設(shè)，其中隧洞長(zhǎng)度約為39km。

2 觀音閣水庫(kù)隧洞工程地質(zhì)條件及地質(zhì)問(wèn)題

2.1 地質(zhì)條件

觀音閣水庫(kù)隧洞沿線穿越遼東典型低山區(qū)，埋深在100m以上的長(zhǎng)度占到洞室總長(zhǎng)度的90%。洞室穿越的地層區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育。經(jīng)地質(zhì)勘查，隧洞沿線規(guī)模較大的斷層有12條，其破碎帶較寬，對(duì)洞室圍巖穩(wěn)定有較大影響。洞線區(qū)地下水的賦存類型主要為松散巖類孔隙水、碳酸巖類裂隙溶洞水、基巖裂隙水與層狀巖體層間裂隙水四類。

2.2 主要地質(zhì)問(wèn)題

a.隧洞段穿越的頁(yè)巖與泥灰?guī)r層抗壓強(qiáng)度較高，但層間結(jié)合能力相當(dāng)差，隧洞開挖方向與其走向及傾角直接關(guān)系到圍巖的穩(wěn)定問(wèn)題，易引起巖層沿層面滑塌或斷裂，涉及范圍較大。

b.隧洞所穿越的石英砂巖段所夾的頁(yè)巖或泥巖，在強(qiáng)度上的較大差異表現(xiàn)為軟弱夾層，在垂向節(jié)理切割下，易掉塊或坍塌，也易引起層間巖石的滑移，涉及范圍較大。

c.穿越寒武系可溶巖區(qū)，巖溶發(fā)育為淺部巖溶，為現(xiàn)地下水的集中徑流通道，隧洞在其下方通過(guò)，在F95斷層破碎帶及其附近可能會(huì)出現(xiàn)突水現(xiàn)象。

3 隧洞斷面及襯砌設(shè)計(jì)

觀音閣水庫(kù)隧洞段具體可分為五部分：電站前壓力隧洞、城門形無(wú)壓輸水主隧洞、北臺(tái)分洞、大峪圓形壓力隧洞和新嶺城門形無(wú)壓隧洞。

3.1 斷面尺寸設(shè)計(jì)

無(wú)壓隧洞成洞洞徑主要根據(jù)無(wú)壓輸水的最大流量、糙率系數(shù)、底坡、凈空等要求確定。根據(jù)隧洞水力計(jì)算結(jié)果可得到主隧洞段及北臺(tái)分洞段斷面尺寸，具體情況見表1。

表1 主要隧洞斷面尺寸

大峪有壓隧洞斷面設(shè)計(jì)主要考慮下游水位的要求，最終確定采用直徑為3.0m的圓形隧洞[1]。

3.2 支護(hù)襯砌設(shè)計(jì)

隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)采用一次錨噴支護(hù)和二次混凝土薄邊墻結(jié)合的組合式襯砌形式。一次錨噴支護(hù)同時(shí)也作為永久支護(hù)。根據(jù)地質(zhì)情況不同，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)，充分發(fā)揮圍巖的承載作用。待一次支護(hù)后，Ⅱ、Ⅲ類圍巖再設(shè)200mm厚薄邊墻，邊墻和原支護(hù)結(jié)構(gòu)及山體以錨筋相連，Ⅳ、Ⅴ圍巖及各段隧洞進(jìn)口段20m內(nèi)需進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌[2]。

根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》及工程類比，確定該工程無(wú)壓洞和壓力洞分別采用表2和表3中的支護(hù)參數(shù)[3]。

表2 無(wú)壓洞一次支護(hù)參數(shù)

表3 壓力洞混凝土襯砌段支護(hù)參數(shù)

4 隧洞過(guò)流能力計(jì)算

觀音閣水庫(kù)工程的主隧洞、北臺(tái)分洞、新嶺隧洞為城門形無(wú)壓長(zhǎng)隧洞；大峪分洞為圓形有壓洞。根據(jù)已經(jīng)確定的輸水規(guī)模，主隧洞的設(shè)計(jì)輸水流量為Q=13.08m3/s；大峪分洞為Q=11.38m3/s；北臺(tái)分洞為Q=2.89m3/s；新嶺隧洞為Q=2.31m3/s；事故溢流設(shè)計(jì)流量為Q=7.75m3/s。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》，無(wú)壓隧洞的過(guò)流能力按明渠均勻流理論進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

其中

式中Q——設(shè)計(jì)流量，m3/s；

ω——過(guò)流斷面面積，m2；

C——謝才系數(shù)；

R——水力半徑，m；

i——隧洞縱坡；

x——濕周，m；

n——糙率系數(shù)，側(cè)墻0.014，底板0.015。

經(jīng)計(jì)算的隧洞斷面過(guò)流能力結(jié)果列于表4。

表4 隧洞斷面過(guò)流能力計(jì)算結(jié)果

由表4可以看出，為保證無(wú)壓輸水，洞內(nèi)凈空滿足相關(guān)規(guī)范要求的15%和凈空高度不小于40cm的要求。新嶺隧洞斷面富余較大，不過(guò)洞徑過(guò)小會(huì)增大施工難度，延長(zhǎng)工期，增加投資，故采用2.4m×2.8m的洞徑[4]。

由于洞內(nèi)水流一般在隧洞進(jìn)出口、連接段、洞內(nèi)轉(zhuǎn)彎段、主分洞及主支洞交叉段等部位會(huì)出現(xiàn)非均勻流態(tài)，致使洞內(nèi)水位壅高或降低。但長(zhǎng)隧洞的大部分洞段仍為均勻水流，水深為正常水深。采用分段能量求和法，由控制斷面自下而上推算水面曲線。

計(jì)算表明：由局部水頭損失產(chǎn)生的水面壅高一般在2～5cm之間。

5 輸水洞工程的細(xì)節(jié)施工

5.1 隧洞進(jìn)出口洞臉處理

在洞口施工中，必須及時(shí)做好洞口邊坡處理，采取工程措施，實(shí)現(xiàn)“早進(jìn)洞，晚出洞”，達(dá)到減少洞口開挖量、縮短工期、減小環(huán)境破壞的目的。洞臉巖石開挖邊坡1∶0.5，土方開挖邊坡1∶1.5。開挖坡面采用錨噴及掛網(wǎng)支護(hù)，噴混凝土厚100mm，錨桿采用φ22，長(zhǎng)2m，間距1.5m，梅花形布置， 鋼筋網(wǎng)φ8@150×150mm。洞臉坡頂設(shè)排水溝。各洞口段均設(shè)20m長(zhǎng)鎖口段，鎖口段采用錨噴支護(hù)加400mm鋼筋混凝土全襯[5]。

5.2 分縫

隧洞鋼筋混凝土襯砌段和薄邊墻襯砌段，每10m設(shè)一道永久環(huán)向伸縮縫，縫內(nèi)采用閉孔泡沫板填塞，并采用雙組分聚硫密封膠抹縫，設(shè)橡膠止水。

5.3 溶洞處理

主洞經(jīng)過(guò)的灰?guī)r地區(qū)，經(jīng)地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)局部有巖溶現(xiàn)象。應(yīng)在施工中采用TSP、BEAM等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施，探測(cè)具體的溶洞狀況，根據(jù)溶洞的位置、分布、大小，溶洞的充填狀況，圍巖的穩(wěn)定狀況及水量大小，按下列原則進(jìn)行處理：

a.對(duì)空穴水的處理應(yīng)因地制宜，采用截、堵、排的治理措施。

b.干、小的空穴，可采用堵塞封閉；有水、大的空穴，不宜堵塞封閉時(shí)，可根據(jù)具體情況，以梁、拱跨越。

c.當(dāng)空穴巖壁強(qiáng)度不夠或不穩(wěn)定，可能影響隧道結(jié)構(gòu)安全時(shí)，應(yīng)采取支頂、錨固等措施。

在淺埋、軟弱破碎地層中，可采用超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿、管棚等超前支護(hù)措施加固地層。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文在充分了解了水庫(kù)實(shí)際地質(zhì)、水文條件后，最終確定了觀音閣輸水工程的隧洞斷面設(shè)計(jì)與支護(hù)襯砌方法，對(duì)有壓、無(wú)壓隧洞分別提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)這些設(shè)計(jì)參數(shù)，最終順利地完成了輸水洞工程，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在輸水洞工程建設(shè)中，一定要嚴(yán)格遵守三個(gè)原則：?工程設(shè)計(jì)和施工要“因地制宜”；?嚴(yán)格按照施工步驟進(jìn)行施工；?注重工程細(xì)節(jié)的施工質(zhì)量。

[1] 零克恩.淺談小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固輸水隧洞設(shè)計(jì)與施工[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2014(11):134-136.

[2] 田建明,高雙聚.南水北調(diào)西線工程輸水隧洞設(shè)計(jì)和施工應(yīng)注意的問(wèn)題[J].河南水利與南水北調(diào),2009(9):13,19.

[3] 趙君.輸水隧洞工程的設(shè)計(jì)與施工探討[J].陜西水利,2010(2):95-96.

[4] 魏永慶,杜士斌.大斷面超長(zhǎng)輸水隧洞的施工特點(diǎn)[J].水利水電技術(shù),2006(3):8-11.

[5] 王毅翔.軟巖及多水地質(zhì)條件下長(zhǎng)隧洞施工及斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究[J].寧夏工程技術(shù),2013(4):367-372.

簡(jiǎn) 訊

大渡河大崗山水電站兩臺(tái)機(jī)組投產(chǎn) 裝機(jī)容量130萬(wàn)千瓦

記者9月15日從國(guó)電大渡河公司獲悉，國(guó)電大渡河大崗山水電站3號(hào)、4號(hào)機(jī)組已完成試運(yùn)行，順利投產(chǎn)。首批投運(yùn)的兩臺(tái)機(jī)組共計(jì)裝機(jī)容量130萬(wàn)千瓦，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

大崗山水電站是大渡河流域單機(jī)容量最大的水電站，位于雅安市石棉縣境內(nèi)，總裝機(jī)容量260萬(wàn)千瓦，2005年9月動(dòng)工籌建，預(yù)計(jì)2015年底4臺(tái)機(jī)組將實(shí)現(xiàn)全部投產(chǎn)發(fā)電。

來(lái)自：北極星電力網(wǎng)新聞中心 2015年9月17日

http://news.bjx.com.cn/html/20150917/664551.shtml

Analysis on design and detailed construction of Guanyinge Reservoir Water Conveyance Tunnel Project

ZHANG Tie

(LiaoningYangheRiverReservoirAdministration,Liaoyang111000,China)

Reservoir water conveyance tunnel mainly undertakes the tasks of project diversion, water flow energy dissipation, etc. It is an important part in reservoir engineering. In the paper, Liaoning Guanyinge Reservoir Project is adopted as an example. Concrete engineering geological conditions are combined for introducing the section design of water conveyance tunnel, lining supporting design parameters and construction plan. Detailed construction issues in the project are analyzed by examples, thereby providing some reference experience for construction in similar projects in the future.

water conveyance project; tunnel; design; detailed construction

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.10.015

TV672

A

1673-8241(2015)10-0049-04