精河二级枢纽导流洞设计优化及施工

李翔

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆乌鲁木齐 835400）

精河二级枢纽导流洞设计优化及施工

李翔

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆乌鲁木齐 835400）

本文针对精河二级枢纽导流隧洞工程存在的设计问题，通过枢纽区域地形地质调查分析研究后，进行了设计布置优化，并采取相应的施工技术措施，降低了工程投资和加快了工程进度，保障了工程顺利进展。

导流隧洞；设计布置优化；施工措施；精河二级枢纽

1 工程概况

1.1 地理位置

精河二级枢纽导流洞工程位于新疆博乐市精河县境内，精河一级支流冬吐劲河峡谷入口处。精河二级导流洞至精河县城64 km，距博乐市147 km，距伊宁市310 km，距奎屯市244 km，距乌鲁木齐市484 km。精河县城到乌鲁木齐市另有铁路，里程413 km。

1.2 导流洞设计参数

导流洞设计布置在河道右岸，底板进口高程745 m，出口高程741.44 m，全长762.2 m，转弯半径250.0 m，纵坡为0.5%。为城门洞型，洞底宽4.5 m，直墙高4.0 m，拱高1.5 m，顶拱中心角134.76°。

1.3 地质、地形条件

1.3.1 地质条件

导流洞布置在坝址右岸，沿地面高程725～947 m，地形坡度45°～80°。隧洞沿线穿越地层主要为石炭系中统（C2dnb）灰岩、生物碎屑灰岩。岩石饱和抗压强度为40.1～154.7 MPa，平均值为64.9 MPa，属坚硬岩类。

隧洞沿线穿越一个向斜褶皱及多条断层，断层多为压扭性逆断层，走向以NW向为主，断层破碎带宽度一般0.2～2.0 m，主要由碎裂岩组成，夹少量糜棱岩和断层泥。隧洞整体稳定性较好，由于隧洞穿越多条断层及褶皱，受其影响，局部洞段围岩稳定性差，成洞条件差；由裂隙统计结果，存在对洞身稳定不利的结构面组合，施工过程中可能出现塌方、掉块等不良地质问题。

1.3.2 进、出口地形条件

导流洞进口段边坡坡高65～70 m，自然边坡坡度约70°，岩层产状与坡面呈大角度斜交，附近裂隙发育程度相对较弱，边坡整体稳定性较好。

导流洞出口段边坡坡高约35 m，自然坡度30°～65°，地层岩性主要为石炭系中统C2dnb-2（4）巨厚层、厚层灰岩。构造裂隙发育程度较高，边坡现状整体稳定。

该工程开工时间2016年9月1日，计划完工时间2017年9月20日，工期385 d。导流洞工程在整个枢纽工程的关键线路上，受施工截流时段的限制，因此工期要求较紧。

2 导流洞设计布置及施工存在的问题

由于进口段边坡高山体陡峭，地形条件复杂等问题，导致进口闸室石方明挖较大，投资相对较高；施工道路布置困难，机械设备无法到达顶部进行施工，施工效率降低，将加大人力和物力投入，投资费用相对增加。

工程施工条件受限：开工时间较晚，施工生活营区、生产设施建设和施工前期准备还需花费一定时间，进入10月以后，白天逐渐缩短，相应施工有效时间缩短，12月份进入冬季，平均气温达到-12.5℃，最低气温达到-35.6℃，4月份进入春季，平均气温达到11.5℃，施工时间受限；5月至9月为主汛期，汛期导流洞进口至出口沿河道左岸的道路无法保障正常通行，只能依靠导流洞自身充当施工道路，汛期影响工程进度；火工材料管控较严，相关审批手续多且时间长，程序复杂。

3 导流洞设计布置优化

针对导流洞设计布置存在的上述问题，施工阶段设计布置进行了优化。设计布置具体优化方案：导流洞进口位置向下游调整了40.93 m，导流洞出口洞身增加4.5 m，出口消力池段向洞内平移4.5 m。

3.1 进口位置调整后成效

1）导流洞进口段边坡坡高降低，石方明挖减少，调整前8万m3，调整后减至1.9万m3，减少近6万m3。

2）导流洞进口段边坡坡高降低，修建临时道路，机械设备能够到达顶部进行施工，施工地形条件得到改善，施工效率提高，施工进度加快，减少人力和物力投入，投资费用相对降低。

3）导流洞洞身缩短，调整前762.2 m，调整后716.5 m，减少45.7 m，减少投资近130万元。

3.2 出口设计优化后成效

1）出口段顶部覆盖层土方开挖取消，减少人力投入，投资费用相对减少。

2）出口边坡石方开挖取消，只对自然边坡中的危石进行清除，再进行系统锚杆加挂网喷混凝土支护。石方明挖减少，优化前石方明挖1.3万m3，优化后0.18万m3，减少1万余m3。

3）消力池底板高程抬高1 m，消力池长度缩短4.5 m，施工导流难度降低，现场施工条件得以改善，能够顺利进行施工。

4）投资降低，优化前投资151万元，优化后投资115万元，减少36万元。

5）可直接挂口进洞，比原计划提前75 d进洞，保证了冬季施工，加快了施工进度，为按期完工提供了保障。

4 施工技术措施

由于导流隧洞调整后的进口位置河床狭窄，施工道路及桥梁无法满足汛期施工要求，且导流洞进口边坡开挖占用施工工期，施工工作面无法展开，直接影响工期。综合上述原因，在导流洞进口上游50 m处增设1条施工支洞，将施工支洞作为主洞开挖和汛期施工的主要通道。该支洞为城门洞型，断面尺寸宽4.5 m×高5.3 m；断面直墙段高度为3.5 m，全长约100.7 m；在支0+25.91 m至支0+100.727 m处设置一弧段，弧长74.817 m，转弯半径45 m；支洞进口底板高程746.5 m，与导流洞0+29.81 m处相交，相交处底板高程744.098 m，支洞底板纵坡2.44%。

增设施工支洞的主要成效：

1）可直接挂口进洞，提前进洞施工，保证冬季正常施工。如不采取施工支洞措施，待导流洞进口边坡开挖完成后才能进行导流洞洞身施工，无法保证冬季正常施工，工期也无法保障。

2）由于导流隧洞进口位置调整，河床变狭窄，且导流隧洞进口处于冬吐劲河转弯段，河道极其容易堵塞。为满足防洪度汛和施工需要，采取相应措施：一是导流洞进口外围增设一道围堰，防止汛期洪水进入导流隧洞，影响工程质量安全和施工进度；二是增设施工支洞作为汛期施工的通道，保证汛期正常施工。支洞底部高程是由设计防洪标准20年一遇洪水流量对应的水位（745.1 m）及施工期河道拥堵造成水位抬高和安全超高等因素确定，支洞口高程为746.5 m。

3）增加洞身开挖工作面，洞身开挖、支护进度加快，导流隧洞提前贯通，为后续导流洞混凝土衬砌、回填灌浆、固结灌浆施工争取了一定时间。

4）导流洞贯通后，施工支洞可作为洞身混凝土衬砌、回填灌浆、固结灌浆施工通道，与进口闸室施工互不干扰，可平行施工，加快了施工进度，保证了工期。

5 结语

精河二级导流隧洞通过设计布置优化和采取施工措施后，工程投资降低，施工地形条件得到改善，施工工期能够保障。据经验，水利枢纽工程建设时期就应该对枢纽区域的地形地质进行调查分析研究，充分论证设计是否合理，结合枢纽工程的地质、地形条件、自然环境等多方面因素，采取相应工程技术措施和优化设计，完善设计中存在的不足，因地制宜有效地控制工程进度和投资，为枢纽工程的按期完工提供保障。

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