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        夾巖水利樞紐及黔西北供水工程金沙分干渠隧洞設計

        2017-05-08 01:06:04李帥聶乾陳學義楊訓
        科技創(chuàng)新與應用 2017年12期
        關鍵詞:隧洞灌漿結構設計

        李帥+聶乾++陳學義+楊訓

        摘 要:金沙分干渠隧洞設計中,在充分借鑒當?shù)仡愃乒こ痰某晒?jīng)驗和實測資料的基礎上,結合金沙分干渠整體布置,對分干渠8座隧洞的洞型、結構、支護等進行了詳細計算分析和設計優(yōu)化,提高了工程建設投資經(jīng)濟效益和安全性,為工程順利施工建設提供了重要技術指導設計方案。

        關鍵詞:隧洞;結構設計;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。工程的任務以供水和灌溉為主,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,起點接北干渠末端位于金沙縣城關鎮(zhèn)賴關,終點位于長壩鄉(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 金沙分干渠隧洞設計

        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)濟時,共布置隧洞8座,總長6.221km。隧洞設計流量為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 隧洞結構設計

        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,隧洞設計流量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,進口底板高程1172.928m,出口底板高程1172.461m,設計水深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,隧洞進口接金沙分干渠渠道(樁號17+472),出口接馬坎渡槽,隧洞設計流量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,進口底板高程1154.724m,出口底板高程1154.440m,設計水深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),隧洞設計流量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,進口底板高程1154.064m,出口底板高程1152.864m,設計水深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,隧洞進口接灰溝倒虹管,出口接金沙分干渠渠道(樁號25+053),隧洞設計流量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,進口底板高程1148.449m,出口底板高程1148.057m,設計水深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),隧洞設計流量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,進口底板高程1144.204m,出口底板高程1142.055m,設計水深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),隧洞設計流量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,進口底板高程1141.783m,出口底板高程1141.213m,設計水深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,隧洞進口接申家寨倒虹管,出口接上馬坪倒虹管,隧洞設計流量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,進口底板高程1138.249m,出口底板高程1137.657m,設計水深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),隧洞設計流量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,進口底板高程1135.217m,出口底板高程1134.180m,設計水深1.391m,加大水深1.640m,隧洞最大埋深113m,最大外壓水頭42m。

        2.3 隧洞一次支護設計

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

        2.4 隧洞灌漿及水力計算設計

        隧洞頂部120°范圍內采用回填灌漿,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算[1],8條無壓隧洞水力計算成果表明:隧洞各水力要素均符合設計規(guī)范要求。

        2.5 隧洞結構計算復核

        結構計算采用理正巖土系列軟件5.1版隧洞襯砌計算。計算工況考慮運行期及施工期。金沙分干渠選擇以大麻窩隧洞結構計算為例,其計算成果為:典型計算中的大麻窩隧洞,其運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)計算,8個隧洞襯砌材料均為C25鋼筋混凝土,參考《水工隧洞設計規(guī)范》(SL279-2002)及《水工隧洞的設計理論和計算》等進行設計,隧洞襯砌設計符合設計規(guī)范要求。

        3 結束語

        水工隧洞是構筑于巖體中的建筑物,由于地質條件千差萬別,圍巖本構關系較復雜,難以準確定量進行評價描述,給隧洞設計帶來很大困難。結合金沙分干渠整體布置,對8座隧洞的洞型、結構參數(shù)、支護方式等方面進行了探討和研究,目前工程已經(jīng)通過各級專家審查,正在進行施工建設。

        參考文獻

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

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