新疆某輸水工程無壓隧洞設(shè)計(jì)方案比選

雷震霄

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

新疆某輸水工程無壓隧洞設(shè)計(jì)方案比選

雷震霄

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

結(jié)合新疆某輸水工程長距離輸水工程無壓輸水隧洞實(shí)際情況，隧洞斷面型式從工程地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)受力等方面進(jìn)行比選，推薦優(yōu)化的馬蹄形斷面型式；縱坡從施工條件、工程量、投資等方面進(jìn)行比較，在輸水隧洞均能滿足主體設(shè)計(jì)功能的前提下，最終選取1/5000作為經(jīng)濟(jì)縱坡比。

長距離輸水工程；無壓隧洞；斷面型式；縱坡；比選

1 工程概況

新疆某輸水工程為Ⅰ等工程，主要建筑物為Ⅰ級，是一項(xiàng)跨流域、長距離調(diào)水工程，工程設(shè)計(jì)年供水量為7億m3，設(shè)計(jì)輸水流量40m3/s。線路總長392.3km，其中：隧洞總長375.4km，壓力管線（包括埋涵）總長16.9km，主要建筑物包括：攔河引水樞紐1座、輸水隧洞2座、水庫1座、泵站1座、分水閘1座，壓力管道、埋涵及閥井等附屬建筑物。

本工程隧洞工程分為兩部分，其中一段隧洞為無壓隧洞，總長92.15km，設(shè)計(jì)輸水流量13m3/s，隧洞前后接進(jìn)出口埋涵。該隧洞位于中低山區(qū)，海拔685～1 002.5m，隧洞段上覆巖體厚度20～295m，最大埋深295m。

2 無壓隧洞設(shè)計(jì)方案比選[1-3]

2.1 隧洞斷面型式比選

本工程隧洞段按照設(shè)計(jì)流量為13m3/s，針對隧洞的鉆爆段進(jìn)行，擬定了城門洞形、圓形和馬蹄形3種斷面尺寸進(jìn)行比選（見圖1）。3種洞型襯砌厚度及配筋計(jì)算比選成果見表1，主要工程量及投資計(jì)算成果比選見表2。

圖1 隧洞型斷面型式

從表1看出：考慮結(jié)構(gòu)受力條件，巖性條件較好的錨噴斷面，圓形斷面最好，馬蹄形斷面次之，城門洞形受力條件較差，所需襯砌厚度和配筋都較大。

從表2看出：經(jīng)投資分析，錨噴段城門洞形斷面建筑工程費(fèi)用最高，共計(jì)879萬元；圓形斷面建筑工程費(fèi)用次之，共計(jì)856萬元；馬蹄形斷面建筑工程費(fèi)用最少，共計(jì)794萬元。

從施工條件分析，施工鉆爆開挖難易程度依次是圓形、馬蹄形、城門洞。施工交通條件方面，圓形斷面底部需澆筑混凝土以滿足設(shè)備交通要求，并對后期混凝土襯砌澆筑造成施工干擾，工期較長；城門洞和馬蹄形洞不需回填混凝土鋪路，工期上兩者差距不大。

經(jīng)過綜合比較，在本工程隧洞鉆爆法施工段中，馬蹄形斷面最為經(jīng)濟(jì)。因此，結(jié)合施工條件以及工程投資綜合考慮，選取馬蹄形斷面方案為鉆爆洞段推薦洞型。

2.2 隧洞縱坡比選

由于隧洞布置在壓力管道和水庫之間，結(jié)合隧洞縱坡比選對經(jīng)濟(jì)效益的影響，縱坡采用1/2 500、1/5 000和1/7 500進(jìn)行比選。3種縱坡比的馬蹄形無壓引水隧洞主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表3，工程量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4。

表1 3種洞型襯砌厚度及配筋計(jì)算成果比選表

表2 隧洞洞型比選每km主要工程量及投資表

表3 隧洞縱坡比選設(shè)計(jì)參數(shù)成果表

從表3、4可以看出：縱坡比選方案各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差距不大，其中1/2 500縱坡方案最優(yōu)，1/7 500縱坡方案最差。1/2 500縱坡方案最小開挖洞徑4.7m，在采用鉆架臺車、鋼模臺車、TBM等較大設(shè)備施工時(shí)，對通風(fēng)和交通影響略大，1/7 500縱坡方案坡度最緩，洞內(nèi)輸水流速過低。1/5 000縱坡方案各方面比較處于適中位置，結(jié)合經(jīng)濟(jì)比較、施工影響及輸水流速等方面綜合考慮，本隧洞縱坡比選推薦采取1/5 000。

表4 隧洞縱坡比選方案工程量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

3 結(jié)語

新疆某輸水工程隧洞的斷面型式從施工條件、工程量、投資等方面進(jìn)行比較，在輸水隧洞均能滿足主體設(shè)計(jì)功能的前提下，隧洞斷面型式選取為馬蹄形。馬蹄形斷面介于圓形和城門洞形之間，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)：過流面積大、斷面整體受力條件較好、工程量較小、斷面底部曲面較為平緩便于施工等，對無壓隧洞工程來說是較為合適的斷面型式。由于隧洞縱坡直接影響到隧洞的洞線長度、斷面尺寸、出口高程等關(guān)鍵要素，進(jìn)而影響到管線的長度以及年運(yùn)行費(fèi)用，故選擇合適的隧洞縱坡是本工程設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本輸水工程隧洞的縱坡從施工條件、工程量、投資等方面進(jìn)行比較，在輸水隧洞均能滿足主體設(shè)計(jì)功能的前提下，最終選取1/5 000作為經(jīng)濟(jì)縱坡。

[1]SL279-2002，水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 李 煒.水力計(jì)算手冊（第二版）[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[3]SL252-2000，水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].

（責(zé)任編輯：周 群）

Comparison and selection of free-flow tunnel deign alternatives for a water delivery project in Xinjiang

LEI Zhen-xiao
（Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute of Xinjiang,Urumqi 830000,China）

Combined with the actual conditions of the free-flow tunnel of a long-distance water delivery project in Xinjiang,the types of tunnel cross-section were compared in respects of engineering geological conditions and structure stress before the optimized horseshoe section type was recommended.Under the precondition that tunnel will satisfy the functional requirements,longitudinal slope alternatives were compared in respects of construction conditions,construction quantities and cost etc.,before the longitudinal slope ratio of 1/5000 was selected finally.

Long-distance water delivery project;free-flow tunnel;section type;longitudinal slope;comparison and selection

TV672.1；TV554

B

1003-1510（2016）04-0044-03

2016-05-09

雷震霄（1990-），男，陜西西安人，新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院助理工程師，學(xué)士，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。