陳　昕（廣西柳州水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣西 柳州 545005）

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探討引水灌區(qū)的一期工程隧洞設(shè)計(jì)方案
——以某工程為例

陳昕（廣西柳州水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣西 柳州 545005）

某工程水庫引水灌區(qū)一期工程共包含12座隧洞，全長為48.77km，所有隧洞均屬于無壓隧洞，該隧洞需通過附近村莊，距離相對較長，且屬于低水頭，水流量大。本文在針對該隧洞進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，從洞線選擇、進(jìn)出口布置、支護(hù)設(shè)計(jì)以及處理方面探討了隧洞的主要設(shè)計(jì)方法，希望能夠促進(jìn)隧洞設(shè)計(jì)方案的完善，供大家參考和研究。

引水灌區(qū)；隧洞設(shè)計(jì)；無壓隧洞；支護(hù)

1　工程概述

某工程以農(nóng)業(yè)灌溉作為其主要開發(fā)任務(wù)，要求滿足農(nóng)村人畜飲水需要的同時(shí)，負(fù)責(zé)城鎮(zhèn)供水任務(wù)，同時(shí)還要有利于優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。該灌區(qū)針對灌溉面積進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將其設(shè)置為128.79萬畝。該項(xiàng)目一期工程灌溉面積分布的鄉(xiāng)鎮(zhèn)共計(jì)17個(gè)，總體灌溉面積最終設(shè)計(jì)為54.68萬畝，具體的概算總投資金額約26.47億元。該工程取水口與水庫大壩上游之間的距離約為1.2km，具體引流流量為70m3/s，灌區(qū)輸水干渠實(shí)際長度為86.86km，包含隧洞共計(jì)12個(gè)，隧洞長度48.766km，具體流量為每秒2.2～70m3之間。

針對灌區(qū)輸水線路進(jìn)行選擇的過程中一般優(yōu)先選擇短而直的線路，同時(shí)要盡量防止深挖以及高填，盡可能避免穿越一些地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域以及村屯。本工程項(xiàng)目在具體布置過程中，選擇隧洞方式順利穿越主要隧洞，相關(guān)隧洞大部分屬于石灰?guī)r高山，隧洞圍巖大部分屬于Ⅲ類。針對土洞環(huán)境，如果選擇明渠方式，要求深挖，高邊坡在30～60m之間，需要占據(jù)大量面積，同時(shí)邊坡穩(wěn)定無法得到保障。本工程項(xiàng)目部分隧洞需要通過一些居民居住區(qū)域或者房屋較密集的區(qū)域，部分路段埋深相對較大，很難針對施工支洞進(jìn)行有效布置，另外部分隧洞位于巖溶區(qū)域，其地下水位明顯較高，可能會出現(xiàn)突水已經(jīng)突泥的現(xiàn)象，隧洞沿線的巖溶具體規(guī)模以及實(shí)際分布狀況等均無法明確查清，在施工過程中，選擇深豎井用作人與設(shè)備進(jìn)出的通道，并將該通道用于出渣和排水工作，施工過程中如果出現(xiàn)大規(guī)模突水現(xiàn)象或者突泥問題，要想及時(shí)進(jìn)行排水搶險(xiǎn)十分困難，情況嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致施工中斷。所以，針對該特殊隧洞，本研究選擇TBM施工方案進(jìn)行施工，方便在施工嚴(yán)重突水及突泥狀況下實(shí)現(xiàn)自流排水，及時(shí)排除險(xiǎn)情。

2　隧洞洞線選擇

綜合分析工程總體布置以及具體線路走向，渠線通過山丘高地的過程中，科學(xué)開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比，明確隧洞布置數(shù)量共計(jì)12個(gè)，所有隧洞均屬于無壓隧洞。該工程所處區(qū)域群眾居住并不幾種，大部分居民選擇緊靠山坡坡腳位置進(jìn)行定居，因此，針對工程水線路進(jìn)行布置的過程中，應(yīng)盡可能避開群眾居住的位置。因?yàn)椴贾脠龅夭粔驅(qū)拸V，本工程局部輸水線路段與居民房屋之間相距不遠(yuǎn)。因?yàn)楸竟こ绦枰ㄟ^石灰?guī)r地段，穿越過程中存在大量巖溶發(fā)育，針對具體線路進(jìn)行布置的過程中應(yīng)該綜合分析沿線水文地質(zhì)狀況，研究具體測繪結(jié)果，提高輸水線路設(shè)計(jì)的科學(xué)性和針對性，有效給予調(diào)整，盡可能避開溶洞等地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域。

3　隧洞進(jìn)出口布置

針對土質(zhì)隧洞，在設(shè)置進(jìn)出口的過程中常常會出現(xiàn)高邊坡穩(wěn)定性降低的現(xiàn)象，為了解決這一問題，本研究選擇在隧洞進(jìn)出口位置設(shè)置一個(gè)長度在5～10m范圍內(nèi)的涵洞段，確保涵洞具體斷面尺寸以及隧洞之間保持一致，確保良好的結(jié)構(gòu)整體性，要可以承受一定量的垂直力以及側(cè)向力，避免出現(xiàn)邊坡滑塌的問題。此外，因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)調(diào)查中了解到的地質(zhì)狀況以及地貌條件與現(xiàn)場實(shí)際信息相比不一定完全相同和符合，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)將涵洞段納入隧洞工程預(yù)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，正式開展開挖工作時(shí)，綜合分析現(xiàn)場地質(zhì)狀況，結(jié)合施工企業(yè)具體實(shí)施能力等，針對涵洞段進(jìn)行有效縮短，盡早實(shí)現(xiàn)進(jìn)洞，盡量晚點(diǎn)出洞，通過這種方式，能夠有效減小隧洞進(jìn)出口邊坡實(shí)際高度，同時(shí)減少開挖工程任務(wù)，且不會導(dǎo)致隧洞水頭損失出現(xiàn)變化［1］。

為了避免邊坡上的落石落到工程隧洞內(nèi)部，針對隧洞進(jìn)出口進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)綜合分析交通部門相關(guān)布置方法，選擇隧洞進(jìn)出口位置，構(gòu)建一個(gè)護(hù)拱，護(hù)拱約為2～3m，具體分析隧洞上的巖體厚度，選擇大于等于該厚度1.0倍的開挖洞徑，實(shí)現(xiàn)對隧洞進(jìn)出口的科學(xué)設(shè)置，本研究選擇大管棚隧洞口開挖支護(hù)施工技術(shù)來開展進(jìn)出口布置工作，該技術(shù)屬于現(xiàn)階段應(yīng)用效果較好的一種先進(jìn)技術(shù)，能夠在一定程度上減少或避免隧洞進(jìn)出口高邊坡的形成，促進(jìn)隧洞施工安全性的大幅提高。

4　隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)

針對施工初期階段的支護(hù)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)新奧法相關(guān)原理及內(nèi)容來實(shí)施，在巖石力學(xué)理論的指導(dǎo)下開展設(shè)計(jì)工作，同時(shí)結(jié)合隧洞工程施工工作經(jīng)驗(yàn)，選擇噴錨聯(lián)合鋼支撐的方式，針對工程隧洞洞臉和隧洞進(jìn)出口洞身區(qū)域增加設(shè)置注漿管棚，完成支護(hù)工作。針對二次襯砌支護(hù)開展設(shè)計(jì)的過程中，因?yàn)棰蝾悋鷰r以及Ⅲ類圍巖均具備較好的穩(wěn)定性，接受首次支護(hù)之后，基本上能夠保證洞身處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此針對Ⅱ類圍巖以及Ⅲ類圍巖只需要站在減少工程隧洞糙率的視角上考慮，針對隧洞洞身邊墻部分以及底板區(qū)域開展 C25（2）鋼筋混凝土襯砌即可。針對Ⅳ類圍巖至Ⅴ類圍巖，應(yīng)開展全斷面鋼筋混凝土襯砌，隧洞進(jìn)出口位置的襯砌方法與之相同，土洞斷支護(hù)設(shè)計(jì)也一樣?？偢汕矶磭鷰r分類以及支護(hù)形式如表1所示。

5　隧洞水深處理方法

與明渠以及渡槽等相比，隧洞在單位投資方面明顯要高，所以，針對隧洞進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)盡量保證隧洞縱坡相對較陡，而明渠以及渡槽一般會處于較緩狀態(tài)。另外，通過比較，明確隧洞應(yīng)用的斷面類型，第一種類型屬于圓型斷面，通常應(yīng)用于土洞；第二類屬于城門洞型斷面，一般應(yīng)用于巖洞。觀察隧洞洞底具體布置情況，如果發(fā)現(xiàn)其處于對應(yīng)的上下游渠道渠底高程連線位置，需要對圓型斷面隧洞具體洞徑開展加大處理，容易導(dǎo)致空間浪費(fèi)的問題。城門型斷面通常表現(xiàn)為扁平狀，具體高度比大概為0.6，在具體結(jié)構(gòu)受力方面相對較弱。我們必須要開展相關(guān)計(jì)算工作，同時(shí)綜合分析和借鑒國內(nèi)外相關(guān)工程施工建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，盡可能促進(jìn)洞底高程的有效下降，科學(xué)增大洞內(nèi)具體水深。本次隧洞工程項(xiàng)目的總干渠隧洞底與相接渠道渠底相比要低，兩者相差1.24～1.65m之間，通過這種設(shè)計(jì)方法，能夠確保隧洞內(nèi)的水可以實(shí)現(xiàn)大范圍均勻流動，隧洞前方不存在壅水，不會對渠道過水能力造成不利影響，且能夠促進(jìn)隧洞施工安全性的提高［2］。

表1　總干渠隧洞圍巖分類以及支護(hù)形式

6　合理應(yīng)用減糙襯砌混凝土法

本次隧洞工程施工中，針對II類圍巖至III類圍巖，綜合分析其具體結(jié)構(gòu)受力狀況，只需要針對隧洞洞身開展錨噴支護(hù)就能夠保證隧洞實(shí)現(xiàn)永久穩(wěn)定，但是考慮到本隧洞接受爆破開挖之后，其洞壁凹凸不平，如果選擇混凝土進(jìn)行噴灑很容易導(dǎo)致其洞壁更加粗糙。通過借鑒國內(nèi)外對于該類問題的處理方法，本次研究選擇30cm減糙混凝土針對隧洞底板以及邊墻進(jìn)行襯砌。

［1］翟配松.桂中治旱樂灘水庫引水灌區(qū)一期工程隧洞設(shè)計(jì)［J］.廣西水利水電，2014，05：107～110，+118.

［2］趙浩丞，張子飛，余 鯤.響水水電站擴(kuò)機(jī)工程施工支洞跨越原一期引水隧洞開挖爆破方案優(yōu)化選擇［J］.人民珠江，2011，05：17～18，+22.

陳 昕（1971-），男，工程師，本科，畢業(yè)23年從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)了多個(gè)水電站、泵站、灌區(qū)、防洪堤、河道治理、多個(gè)項(xiàng)目獲得設(shè)計(jì)獎項(xiàng)。

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2095-2066（2016）09-0060-02

2016-3-8