張 博，趙小寧

（1.中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065；2.陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018）

1 概述

1.1 工程概況

某引水隧洞工程位于江西省九江市，通過本工程將庫水引入臨近流域水系，改善區(qū)域水資源調(diào)配能力，解決城區(qū)供水保障問題，同時實現(xiàn)改善和提高河流水動力條件，增強河流水資源水環(huán)境承載力，提高水體自凈能力，保護水域生態(tài)環(huán)境。

本工程將新建隧洞長約6.826 km，引水流量為1.7 m3/s，采用有壓城門洞過流，引水隧洞設(shè)置岸塔式進水口，進水口內(nèi)設(shè)攔污柵、分層取水疊梁門、檢修閘門，出口設(shè)置蝶閥控制引用流量。

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》[1]《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]以及修水城市規(guī)劃，本項目的工程等級為Ⅳ等?。?）型工程，相應(yīng)主要建筑物級別為4級；次要建筑物、臨時建筑物為5級。

1.2 工程地質(zhì)情況

工程區(qū)位于揚子準(zhǔn)地臺～下?lián)P子錢塘臺拗～修水一武寧凹褶斷束區(qū)，地處低山溝梁相間地貌區(qū)，植被茂密；區(qū)內(nèi)出露地層主要有中元古界雙橋山群上亞群（Pt2sh2）板巖系列、震旦系南沱組（Z2n）砂巖系列，第四系全新統(tǒng)（Q4）覆蓋層組成，區(qū)域斷裂在隧洞臨近出口段發(fā)育，巖體中裂隙發(fā)育，巖質(zhì)中硬～堅硬，薄層狀～層狀結(jié)構(gòu)為主，全隧洞段均位于地下水位以下，隧洞總體沿竹坪河谷一帶布設(shè)，埋深40 m～370 m不等。

隧洞圍堰類別以Ⅲ1、Ⅲ2類圍巖為主，進出口段為Ⅳ類圍巖，局部斷層帶為Ⅴ類圍巖；隧洞圍巖巖質(zhì)中硬～較堅硬，層狀結(jié)構(gòu)～薄層狀結(jié)構(gòu)為主，巖體總完整性較好，除局部斷層、進出口區(qū)外，總體成洞條件較好。

1.3 工程特點

在項目投標(biāo)階段工程任務(wù)主要為縣城供水，任務(wù)較為單一。整個引水隧洞軸線長約6.826 km，為一個開挖斷面，考慮施工條件及運行特點，采用有壓的城門洞斷面，在隧洞出口設(shè)檢修閘門，控制引用流量即可。

在項目實施過程中業(yè)主提出整個項目要同時考慮城鎮(zhèn)供水和施工運輸?shù)囊蠹八诘赜饚X村居民出行交通需要，即引水隧洞要考慮施工期交通和運行期居民出行要求，一洞多用。由于功能定位發(fā)生了變化，因此需對引水隧洞的多種設(shè)計方案進行綜合比選。

2 引水方案初擬

綜合考慮業(yè)主對隧洞施工期交通和運行期居民出行需要的要求，參考其他工程設(shè)計形式[3-8]，初擬了以下四個方案。

方案一：引水隧洞不考慮交通要求，施工期及居民交通需求將通過改造環(huán)山公路解決。

方案二：引水隧洞考慮交通要求，豎井以下通過壓力明鋼管進行供水。

方案三：引水隧洞考慮交通要求，豎井以下通過地下埋管進行供水。

方案四：引水隧洞考慮交通要求，豎井以下通過地下混凝土涵管進行供水。

四種方案上游4.069 km全斷面過水隧洞結(jié)構(gòu)、體型相同；方案二～方案四均樁號引3+992.80處設(shè)置豎井，在豎井下游2.754 km的布置方案差別。

2.1 方案一

引水隧洞軸線全長約6.826 km，全段為城門洞形，隧洞開挖凈斷面尺寸3.6 m×3.6 m（寬×高），其中直墻高2.56 m，拱高1.04 m，頂拱圓心角120°，頂拱半徑R=2.08 m。對于Ⅱ類圍巖采用隨機錨桿+素噴混凝土予以支護，噴護厚度10cm；對于Ⅲ類圍巖采用系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土予以支護，噴護厚度10 cm；對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用系統(tǒng)錨桿+鋼筋混凝土襯砌予以支護，襯砌厚度30 cm，引水隧洞斷面體型見圖1。在引水隧洞軸線樁號引3+992.80處設(shè)一施工豎井，根據(jù)施工開挖和出渣需要，豎井開挖半徑R=1.80 m，采用臨時支護措施。

圖1 引水隧洞斷面體型圖（以Ⅳ類圍巖為例）

考慮豎井頂部羽嶺村居民出行的需要及豎井施工期運輸?shù)男枰?，在竹坪鄉(xiāng)至豎井頂部改建現(xiàn)有通往羊場的一條交通道路（298鄉(xiāng)道），該段道路長度約19.0 km，現(xiàn)狀為山間小路，有現(xiàn)狀水泥路面，寬度約3 m，蜿蜒曲折，但道路擴建的基礎(chǔ)條件較好。根據(jù)施工期交通需要，將該道路進行適當(dāng)?shù)臄U寬，對于損毀狹窄，彎道不符合運輸要求段進行局部的修正，同時進行必要的開挖削坡支護，在雨季還需做好路面及邊坡的維護、防護工作，交通道路改造示意圖見圖2。

圖2 交通道路改造示意圖

2.2 方案二

在引水隧洞軸線樁號引0+000.00～引3+992.8 m段全長3992.8 m與方案一結(jié)構(gòu)及支護形式相同。引3+992.80段～引6+746.80為城門洞型，全長2754 m，考慮遠(yuǎn)期交通的需求，對該段隧洞進行擴挖，確保凈過車斷面不小于2.4 m。隧洞開挖凈斷面尺寸5.3 m×3.9 m（寬×高），城門洞型，其中直墻高2.63 m，拱高1.27 m，頂拱圓心角102°，頂拱半徑R=3.40 m。支護形式同上段引水隧洞。

樁號引3+992.80～引6+746.80采用明管輸水，引水鋼管位于隧洞左側(cè)，為確保引水能夠自流至供水水廠（高程：165 m，距離引水隧洞出口約6.5 km）需控制壓力鋼管的水頭損失，采用引水鋼管管徑1.4 m，控制流速1.1 m3/s，該段2.8 km長壓力鋼管的水頭損失約為2.0 m，管材選用Q235-C，壁厚t=12 mm。支墩高60 cm，間距6 m布置，下游交通隧洞斷面體型見圖3。

圖3 方案二下游交通隧洞斷面體型圖（以Ⅳ類圍巖為例）

樁號引3+992.80處設(shè)一交通兼施工豎井，根據(jù)交通的功能需要，豎井開挖半徑R=4.80 m，全斷面襯砌，混凝土襯砌厚度40 cm。豎井中設(shè)計兩部電梯，其中一部客梯（額定載重1050 kg，額定速度3 m/s，井道尺寸2110 mm×2220 mm，轎廂尺寸1600 mm×1500 mm）、一部客貨兩用電梯（額定載重1350 kg，額定速度3 m/s，井道尺寸2540 mm×2220 mm，轎廂尺寸2000 mm×1500 mm），并設(shè)計一套疏散樓梯（疏散單寬1.3 m）。豎井?dāng)嗝娼Y(jié)構(gòu)示意見圖4。

圖4 豎井?dāng)嗝娼Y(jié)構(gòu)示意圖

2.3 方案三

在引水隧洞軸線樁號引0+000.00～引3+992.8 m段全長3992.8 m與方案一結(jié)構(gòu)及支護形式相同。引3+992.80段～引6+746.80采用埋管供水，隧洞開挖斷面為復(fù)式斷面，隧洞下部尺寸2.6 m×2 m（寬×高），上部開挖斷面尺寸同引水隧洞軸線樁號引0+000.00～引3+992.80 m段。支護形式同上段引水隧洞。

預(yù)埋鋼管位于隧洞正下方，為確保引水能夠自流至供水水廠（高程：165 m，距離引水隧洞出口約6.5 km）需控制壓力鋼管的水頭損失，采用引水鋼管管徑1.4 m，控制流速1.1 m3/s，該段2.8 km長壓力鋼管的水頭損失約為2.0 m，管材選用Q235-C，壁厚t=12 mm，加勁環(huán)間距2 m。方案三下游交通隧洞斷面體型見圖5。

圖5 方案三下游交通隧洞斷面體型圖（以Ⅳ類圍巖為例）

在引水隧洞軸線樁號引3+992.80處設(shè)計與方案一相同的交通兼施工豎井。

2.4 方案四

在引水隧洞軸線樁號引0+000.00至引3+992.8 m段全長3992.8 m與方案一結(jié)構(gòu)及支護形式相同。引3+992.80段～引6+746.80采用有壓封閉混凝土涵洞引水。為確保引水能夠自流至供水水廠（高程：165 m，距離引水隧洞出口約6.5 km）需控制有壓封閉混凝土涵洞的水頭損失，涵洞凈尺寸2.8 m×0.8 m（寬×高），控制流速0.8 m3/s，該段2.8 km長有壓封閉混凝土涵洞的水頭損失約為1.8 m。隧洞開挖斷面尺寸3.6 m×4.9 m（寬×高），其中直墻高3.86 m，拱高1.04 m，頂拱圓心角120°，頂拱半徑R=2.08 m。方案四下游交通隧洞斷面體型見圖6。

在引水隧洞軸線樁號引3+992.80處設(shè)計與方案一相同的交通兼施工豎井。

圖6 方案四下游交通隧洞斷面體型圖（以Ⅳ類圍巖為例）

3 方案對比分析

通過以上四個方案的體形設(shè)計，計算了各個方案的引水隧洞洞身主體工程投資和工期見表1，同時梳理四個方案下施工工藝及難易程度見表2。

表1 各方案主體工程投資與工期對比表

從投資和工期角度看：方案一可比部分投資約為5260.04萬元，施工工期約20個月，投資、工期均小于其他3個方案；方案三可比部分投資約為6130.62萬元，施工工期約為34個月，投資、工期均大于其他3個方案。

從施工及使用角度來看：

（1）方案二～方案四將引水隧洞和當(dāng)?shù)亟煌ㄏ嘟Y(jié)合，后期若交通規(guī)劃方案調(diào)整，豎井結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)交通規(guī)劃方案的變化，使用功能有待商榷。

（2）方案二施工簡單，但鋼管位置位于觀光隧洞一側(cè)，管線、鎮(zhèn)墩、支墩、伸縮節(jié)等侵占觀光隧道空間，不利于觀光隧洞景觀效果，同時由于鋼管明置，需對其定期進行防腐保養(yǎng)。

（3）方案三埋管方案位于觀光隧道下方，無支墩、鎮(zhèn)墩、伸縮節(jié)等，同時管道設(shè)置不影響交通隧道，但需要二次開挖，增加了工程量，且施工最為復(fù)雜。

（4）方案四混凝土有壓涵洞輸水方案，首先箱涵結(jié)構(gòu)不利于承受較大的內(nèi)壓，當(dāng)輸水量小于設(shè)計流量時，由于斷面尺寸不變，沿程損失變小，需調(diào)控富裕水頭。調(diào)控富裕水頭時會使箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi)水壓力增加，當(dāng)操作不當(dāng)時，產(chǎn)生的過大水壓力會使本不能承受較大內(nèi)水壓力的箱涵結(jié)構(gòu)造成危害，同時本方案由于受到尺寸限制，日后無法進行檢修。

（5）方案一從使用功能上來講，將引水隧洞和當(dāng)?shù)亟煌üδ芊珠_，引水隧洞后期運行檢修方便，且交通道路可根據(jù)當(dāng)?shù)卣w規(guī)劃的確定而分期分步實施，使用效率高，施工簡單，因此可作為本項目的首選方案。

4 結(jié)語

根據(jù)本工程施工特點及業(yè)主提出的交通要求，對擬定的四個方案在工程投資、工期以及施工工藝等方面進行了綜合考慮。鑒于方案一投資省、工期短、施工工藝簡單，后期運行中引水隧洞檢修方便，且將引水隧洞和交通分開，使用靈活，安全系數(shù)高等優(yōu)點，推薦其為實施方案。