夾巖水利樞紐及黔西北供水工程金沙分干渠隧洞設(shè)計(jì)

李帥+聶乾++陳學(xué)義+楊訓(xùn)

摘 要：金沙分干渠隧洞設(shè)計(jì)中，在充分借鑒當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰某晒?jīng)驗(yàn)和實(shí)測資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合金沙分干渠整體布置，對分干渠8座隧洞的洞型、結(jié)構(gòu)、支護(hù)等進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高了工程建設(shè)投資經(jīng)濟(jì)效益和安全性，為工程順利施工建設(shè)提供了重要技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：隧洞；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；灌漿

1 工程概況

貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程位于貴州省畢節(jié)市及遵義市境內(nèi)。工程的任務(wù)以供水和灌溉為主，兼顧發(fā)電，并為區(qū)域扶貧開發(fā)及改善生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件。灌區(qū)骨干輸水工程由總干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管線、支渠，以及灌區(qū)骨干泵站等組成。金沙分干渠總體由北西走向南東，起點(diǎn)接北干渠末端位于金沙縣城關(guān)鎮(zhèn)賴關(guān)，終點(diǎn)位于長壩鄉(xiāng)新化村但家灣處，途經(jīng)姚家灣、川主廟、牌坊巖、田坎、八侖溝、大麻窩、上馬坪等地，渠線總長35.893km，其中，明渠長17.221km、渡槽0.723km/6座、隧洞6.221km/8座、倒虹管11.728km/12座。渠首底板高程1178.17m，渠末底板高程1130.702m，落差47.468m，綜合水力坡降1.32‰。

2 金沙分干渠隧洞設(shè)計(jì)

2.1 隧洞布置

金沙分干渠在穿越高地（山）及布置渠道繞線不經(jīng)濟(jì)時(shí)，共布置隧洞8座，總長6.221km。隧洞設(shè)計(jì)流量為3.2～5.7m3/s，長度為0.216km～2.099km，底坡均為1：1000，糙率n為0.014，洞寬1.6～2.0m，洞高2.062～2.527m，均采用城門洞型。

2.2 隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

金沙分干渠8座隧洞，均采用城門洞型，C25鋼筋混凝土全斷面襯砌，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ圍巖洞段襯砌厚度分別為0.2m、0.3m、0.3m。

（1）姚家溝隧洞長427m，為無壓流，隧洞進(jìn)口接金沙分干渠渠道（樁號4+788），出口接川主廟倒虹管，隧洞設(shè)計(jì)流量Q=5.7m3/s，加大流量Q=7.052m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.527m，進(jìn)口底板高程1172.928m，出口底板高程1172.461m，設(shè)計(jì)水深1.714m，加大水深2.048m，隧洞最大埋深62m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（2）長田隧洞長216m，是金沙分干渠上最短隧洞，為無壓流，隧洞進(jìn)口接金沙分干渠渠道（樁號17+472），出口接馬坎渡槽，隧洞設(shè)計(jì)流量Q=5.4m3/s，加大流量Q=6.708m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.427m，進(jìn)口底板高程1154.724m，出口底板高程1154.440m，設(shè)計(jì)水深1.642m，加大水深1.970m，隧洞最大埋深30m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（3）沙家隧洞長1150m，為無壓流，隧洞進(jìn)口接金沙分干渠渠道（樁號18+217），出口接金沙分干渠渠道（樁號19+367），隧洞設(shè)計(jì)流量Q=5.4m3/s，加大流量Q=6.708m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.427m，進(jìn)口底板高程1154.064m，出口底板高程1152.864m，設(shè)計(jì)水深1.642m，加大水深1.970m，隧洞最大埋深90m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（4）曼家溝隧洞長348m，為無壓流，隧洞進(jìn)口接灰溝倒虹管，出口接金沙分干渠渠道（樁號25+053），隧洞設(shè)計(jì)流量Q=5.0m3/s，加大流量Q=6.129m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.277m，進(jìn)口底板高程1148.449m，出口底板高程1148.057m，設(shè)計(jì)水深1.544m，加大水深1.835m，隧洞最大埋深102m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（5）大麻窩隧洞長2093m，是金沙分干渠上最長隧洞，為無壓流，隧洞進(jìn)口接金沙分干渠渠道（樁號28+534），出口接金沙分干渠渠道（樁號30+627），隧洞設(shè)計(jì)流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=1.6×2.062m，進(jìn)口底板高程1144.204m，出口底板高程1142.055m，設(shè)計(jì)水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深165m，最大外壓水頭103m。

（6）木蓑衣隧洞長501m，為無壓流，隧洞進(jìn)口接金沙分干渠渠道（樁號30+859），出口接金沙分干渠渠道（樁號31+360），隧洞設(shè)計(jì)流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=1.6×2.062m，進(jìn)口底板高程1141.783m，出口底板高程1141.213m，設(shè)計(jì)水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深72m，最大外壓水頭23m。

（7）灣子隧洞長528m，為無壓流，隧洞進(jìn)口接申家寨倒虹管，出口接上馬坪倒虹管，隧洞設(shè)計(jì)流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=1.6×2.062m，進(jìn)口底板高程1138.249m，出口底板高程1137.657m，設(shè)計(jì)水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深99m，最大外壓水頭20m。

（8）田坎寨隧洞長958m，為無壓流，隧洞進(jìn)口接金沙分干渠渠道（樁號33+852），出口接金沙分干渠渠道（樁號34+810），隧洞設(shè)計(jì)流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=1.6×2.062m，進(jìn)口底板高程1135.217m，出口底板高程1134.180m，設(shè)計(jì)水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深113m，最大外壓水頭42m。

2.3 隧洞一次支護(hù)設(shè)計(jì)

Ⅲ類圍巖洞段采用隨機(jī)錨桿作為臨時(shí)支護(hù)，錨桿直徑為22mm，長度2～3m，布設(shè)于頂拱部位。Ⅳ類圍巖洞段采用系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴砼作為臨時(shí)支護(hù)，錨桿直徑為22mm，長度2～3m，間距1.5m，排距1.5m，布設(shè)于頂拱部位；鋼筋網(wǎng)為φ8@200，噴砼強(qiáng)度等級C20，厚度10cm。Ⅴ類圍巖洞段采用系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴+鋼支撐砼作為臨時(shí)支護(hù)，錨桿直徑為22mm，長度2～3m，間距1.5m，排距1.5m，布設(shè)于邊墻及頂拱部位；鋼筋網(wǎng)為φ8@200，噴砼強(qiáng)度等級C20，厚度10cm；鋼支撐采用14號工字鋼，間距0.8m。

2.4 隧洞灌漿及水力計(jì)算設(shè)計(jì)

隧洞頂部120°范圍內(nèi)采用回填灌漿，灌漿孔間、排距3m，呈梅花形布置，灌漿孔伸入圍巖10cm。金沙分干渠隧洞均為長隧洞，斷面型式城門洞形，按明渠均勻流公式計(jì)算[1]，8條無壓隧洞水力計(jì)算成果表明：隧洞各水力要素均符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2.5 隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用理正巖土系列軟件5.1版隧洞襯砌計(jì)算。計(jì)算工況考慮運(yùn)行期及施工期。金沙分干渠選擇以大麻窩隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算為例，其計(jì)算成果為：典型計(jì)算中的大麻窩隧洞，其運(yùn)行工況下最大彎矩值為100.5kN.m，灌漿工況下最大彎矩值為75.3kN.m；運(yùn)行工況下最大剪力值為90.66kN，灌漿工況下最大剪力值為102.3kN；運(yùn)行工況下裂縫寬度為0.09mm，灌漿工況下裂縫寬度為0.16mm。

經(jīng)計(jì)算，8個(gè)隧洞襯砌材料均為C25鋼筋混凝土，參考《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL279-2002）及《水工隧洞的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算》等進(jìn)行設(shè)計(jì)，隧洞襯砌設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3 結(jié)束語

水工隧洞是構(gòu)筑于巖體中的建筑物，由于地質(zhì)條件千差萬別，圍巖本構(gòu)關(guān)系較復(fù)雜，難以準(zhǔn)確定量進(jìn)行評價(jià)描述，給隧洞設(shè)計(jì)帶來很大困難。結(jié)合金沙分干渠整體布置，對8座隧洞的洞型、結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護(hù)方式等方面進(jìn)行了探討和研究，目前工程已經(jīng)通過各級專家審查，正在進(jìn)行施工建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]康金橋，楊火平，史學(xué)濤.沐若水電站引水隧洞設(shè)計(jì)與施工[J].人民長江，2013，44（8）：60-63.