探讨引水灌区的一期工程隧洞设计方案——以某工程为例

陈　昕（广西柳州水利电力勘测设计研究院，广西 柳州 545005）



探讨引水灌区的一期工程隧洞设计方案
——以某工程为例

陈昕（广西柳州水利电力勘测设计研究院，广西 柳州 545005）

某工程水库引水灌区一期工程共包含12座隧洞，全长为48.77km，所有隧洞均属于无压隧洞，该隧洞需通过附近村庄，距离相对较长，且属于低水头，水流量大。本文在针对该隧洞进行设计的过程中，从洞线选择、进出口布置、支护设计以及处理方面探讨了隧洞的主要设计方法，希望能够促进隧洞设计方案的完善，供大家参考和研究。

引水灌区；隧洞设计；无压隧洞；支护

1　工程概述

某工程以农业灌溉作为其主要开发任务，要求满足农村人畜饮水需要的同时，负责城镇供水任务，同时还要有利于优化生态环境。该灌区针对灌溉面积进行设计时将其设置为128.79万亩。该项目一期工程灌溉面积分布的乡镇共计17个，总体灌溉面积最终设计为54.68万亩，具体的概算总投资金额约26.47亿元。该工程取水口与水库大坝上游之间的距离约为1.2km，具体引流流量为70m3/s，灌区输水干渠实际长度为86.86km，包含隧洞共计12个，隧洞长度48.766km，具体流量为每秒2.2～70m3之间。

针对灌区输水线路进行选择的过程中一般优先选择短而直的线路，同时要尽量防止深挖以及高填，尽可能避免穿越一些地质条件复杂的区域以及村屯。本工程项目在具体布置过程中，选择隧洞方式顺利穿越主要隧洞，相关隧洞大部分属于石灰岩高山，隧洞围岩大部分属于Ⅲ类。针对土洞环境，如果选择明渠方式，要求深挖，高边坡在30～60m之间，需要占据大量面积，同时边坡稳定无法得到保障。本工程项目部分隧洞需要通过一些居民居住区域或者房屋较密集的区域，部分路段埋深相对较大，很难针对施工支洞进行有效布置，另外部分隧洞位于岩溶区域，其地下水位明显较高，可能会出现突水已经突泥的现象，隧洞沿线的岩溶具体规模以及实际分布状况等均无法明确查清，在施工过程中，选择深竖井用作人与设备进出的通道，并将该通道用于出渣和排水工作，施工过程中如果出现大规模突水现象或者突泥问题，要想及时进行排水抢险十分困难，情况严重的甚至会导致施工中断。所以，针对该特殊隧洞，本研究选择TBM施工方案进行施工，方便在施工严重突水及突泥状况下实现自流排水，及时排除险情。

2　隧洞洞线选择

综合分析工程总体布置以及具体线路走向，渠线通过山丘高地的过程中，科学开展技术经济对比，明确隧洞布置数量共计12个，所有隧洞均属于无压隧洞。该工程所处区域群众居住并不几种，大部分居民选择紧靠山坡坡脚位置进行定居，因此，针对工程水线路进行布置的过程中，应尽可能避开群众居住的位置。因为布置场地不够宽广，本工程局部输水线路段与居民房屋之间相距不远。因为本工程需要通过石灰岩地段，穿越过程中存在大量岩溶发育，针对具体线路进行布置的过程中应该综合分析沿线水文地质状况，研究具体测绘结果，提高输水线路设计的科学性和针对性，有效给予调整，尽可能避开溶洞等地质复杂区域。

3　隧洞进出口布置

针对土质隧洞，在设置进出口的过程中常常会出现高边坡稳定性降低的现象，为了解决这一问题，本研究选择在隧洞进出口位置设置一个长度在5～10m范围内的涵洞段，确保涵洞具体断面尺寸以及隧洞之间保持一致，确保良好的结构整体性，要可以承受一定量的垂直力以及侧向力，避免出现边坡滑塌的问题。此外，因为工程地质调查中了解到的地质状况以及地貌条件与现场实际信息相比不一定完全相同和符合，在实际设计工作中，应将涵洞段纳入隧洞工程预设计的重要内容，正式开展开挖工作时，综合分析现场地质状况，结合施工企业具体实施能力等，针对涵洞段进行有效缩短，尽早实现进洞，尽量晚点出洞，通过这种方式，能够有效减小隧洞进出口边坡实际高度，同时减少开挖工程任务，且不会导致隧洞水头损失出现变化［1］。

为了避免边坡上的落石落到工程隧洞内部，针对隧洞进出口进行设计的过程中，应综合分析交通部门相关布置方法，选择隧洞进出口位置，构建一个护拱，护拱约为2～3m，具体分析隧洞上的岩体厚度，选择大于等于该厚度1.0倍的开挖洞径，实现对隧洞进出口的科学设置，本研究选择大管棚隧洞口开挖支护施工技术来开展进出口布置工作，该技术属于现阶段应用效果较好的一种先进技术，能够在一定程度上减少或避免隧洞进出口高边坡的形成，促进隧洞施工安全性的大幅提高。

4　隧洞支护设计

针对施工初期阶段的支护设计，应根据新奥法相关原理及内容来实施，在岩石力学理论的指导下开展设计工作，同时结合隧洞工程施工工作经验，选择喷锚联合钢支撑的方式，针对工程隧洞洞脸和隧洞进出口洞身区域增加设置注浆管棚，完成支护工作。针对二次衬砌支护开展设计的过程中，因为Ⅱ类围岩以及Ⅲ类围岩均具备较好的稳定性，接受首次支护之后，基本上能够保证洞身处于稳定状态，因此针对Ⅱ类围岩以及Ⅲ类围岩只需要站在减少工程隧洞糙率的视角上考虑，针对隧洞洞身边墙部分以及底板区域开展 C25（2）钢筋混凝土衬砌即可。针对Ⅳ类围岩至Ⅴ类围岩，应开展全断面钢筋混凝土衬砌，隧洞进出口位置的衬砌方法与之相同，土洞断支护设计也一样。总干渠隧洞围岩分类以及支护形式如表1所示。

5　隧洞水深处理方法

与明渠以及渡槽等相比，隧洞在单位投资方面明显要高，所以，针对隧洞进行设计的过程中，应尽量保证隧洞纵坡相对较陡，而明渠以及渡槽一般会处于较缓状态。另外，通过比较，明确隧洞应用的断面类型，第一种类型属于圆型断面，通常应用于土洞；第二类属于城门洞型断面，一般应用于岩洞。观察隧洞洞底具体布置情况，如果发现其处于对应的上下游渠道渠底高程连线位置，需要对圆型断面隧洞具体洞径开展加大处理，容易导致空间浪费的问题。城门型断面通常表现为扁平状，具体高度比大概为0.6，在具体结构受力方面相对较弱。我们必须要开展相关计算工作，同时综合分析和借鉴国内外相关工程施工建设经验，尽可能促进洞底高程的有效下降，科学增大洞内具体水深。本次隧洞工程项目的总干渠隧洞底与相接渠道渠底相比要低，两者相差1.24～1.65m之间，通过这种设计方法，能够确保隧洞内的水可以实现大范围均匀流动，隧洞前方不存在壅水，不会对渠道过水能力造成不利影响，且能够促进隧洞施工安全性的提高［2］。

表1　总干渠隧洞围岩分类以及支护形式

6　合理应用减糙衬砌混凝土法

本次隧洞工程施工中，针对II类围岩至III类围岩，综合分析其具体结构受力状况，只需要针对隧洞洞身开展锚喷支护就能够保证隧洞实现永久稳定，但是考虑到本隧洞接受爆破开挖之后，其洞壁凹凸不平，如果选择混凝土进行喷洒很容易导致其洞壁更加粗糙。通过借鉴国内外对于该类问题的处理方法，本次研究选择30cm减糙混凝土针对隧洞底板以及边墙进行衬砌。

［1］翟配松.桂中治旱乐滩水库引水灌区一期工程隧洞设计［J］.广西水利水电，2014，05：107～110，+118.

［2］赵浩丞，张子飞，余 鲲.响水水电站扩机工程施工支洞跨越原一期引水隧洞开挖爆破方案优化选择［J］.人民珠江，2011，05：17～18，+22.

陈 昕（1971-），男，工程师，本科，毕业23年从事水利水电工程设计工作，设计了多个水电站、泵站、灌区、防洪堤、河道治理、多个项目获得设计奖项。

TV672

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2095-2066（2016）09-0060-02

2016-3-8