输水隧洞在城市供水中的应用

杨成胜

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002）

1 工程概况

贵阳市花溪水库至南郊水厂、中曹水厂输水工程是以输水为主的中型水利工程，主要向贵阳市南郊水厂以及贵阳市中曹水厂输水。主要由花南输水工程、花中输水工程组成，总输水量为10168 万m3/a（现状）和13073 万m3/a（远期），其中向南郊水厂输水5810 万m3/a（现状）和7263 万m3/a（远期），向中曹水厂输水4358 万m3/a（现状）和5810 万m3/a（远期）。

工程为Ⅲ等工程，输水总流量为4.716 m3/s（现状）和5.369 万m3/s（远期），取水口、输水隧洞、输水管道、输水管桥、提水泵站均为3 级建筑物。

2 输水方案选择

2.1 输水隧洞方案

输水隧洞方案取水点设置在花溪水库大坝上游1 km 凹湾处，后接花溪输水隧洞向北布置，沿途穿越石板镇及金竹镇规划道路，在金竹立交处设置分水口，一支接南郊水厂方向为花南隧洞，一支接中曹水厂方向为花中隧洞。

花溪输水隧洞起点为花溪水库库内取水口，隧洞方向应尽量向输水终点南郊水厂及中曹水厂方向布置。花溪输水隧洞布置受限制因素较多，线路布置应考虑尽量避免穿越密集程度较大高层建筑物区、与拟建的S1#轨道线选择合适的相交点、以及避开阿哈水库饮用水源保护区域等。输水隧洞线路布置时，应尽量考虑避开高层建筑、地下建筑设施如地铁等，以及地上覆着物如铁路、高速公路及城市道路等的隧洞埋深亦达到安全要求，并尽量沿已建或规划道路布置。

花溪输水隧洞需经过贵昆铁路、贵阳市地铁S1#线（规划）、绕城高速、城市道路甲秀南路及南二环等，隧洞总长12 km，其中花溪输水隧洞长8.17 km，花南输水隧洞长3.03 km，花中输水隧洞长0.8 km，隧洞埋深22 m～93 m，隧洞顶板距轻轨底板距离约24.5 m。隧洞穿越T1a 浅灰色薄至中厚层白云岩，位于微风化岩体中，岩层产状为68°～75°∠50°～60°，节理裂隙发育，局部岩体稳定性较差，易产生掉块现象，且隧洞位于地下水位以下，岩溶发育，可能存在溶洞或溶蚀破碎带，雨季施工可能存在涌水突泥现象。

2.2 输水管道方案

在花溪水库内设置泵站，提水至大坝左岸高位水池，底板高程为1200 m，再通过管道有压自流的方式直接进入南郊水厂，输水管线长14.02 km，采用1 根D=1800 mm 输水管管线布置方式：花溪水库→花溪水库左岸泵站→花溪水库左岸高位水池→顺石板井村乡道→花石路→甲秀南路→下坝隧道处→沿山坡至南郊水厂沉淀池前进水管。

根据管道在甲秀南路埋设的位置，可分为3 种布置方案：沿甲秀南路快车道布置管道；沿甲秀南路人行道布置管道；沿甲秀南路道人行道外侧布置管道。

（1）沿甲秀南路快车道布置管道

甲秀南路中央隔离带布置有煤气管、给水管、综合管，慢车道布置有雨水管、污水管、电力管等，为避免对已有管道的影响，在快车道埋设输水管道。同时考虑施工期间对甲秀南路交通的影响，在道路沿线回填路段，路基为碾压回填土石方，采用钢板桩强支护的形式，保证管槽开口宽度最小；在沿线道路开挖路段，路基为基岩，采用垂直开挖的形式。管槽开挖宽度为：管道直径1.8 m，两侧预留管道安装宽度0.6 m，开挖宽度3.0 m。

图1 沿甲秀南路快车道布置管道断面图

（2）沿甲秀南路人行道布置管道

为避免管线的施工对行车道交通的影响，输水管道布置在人行道，按照甲秀南路管综布置设计图，在人行道下仅布置有一条电力电缆，输水管线在人行道埋设，需要对电力电缆进行改线。但经过现场踏勘，甲秀南路人行道下为钢筋混凝土综合管廊，管廊宽2.5 m，深1.5 m，里面布置有3 条10 kV 电力电缆，3 条通讯光缆，1 条警用光缆，局部路段还布置中压煤气管道。经分析，在人行道下埋设管道的方案需对现有管囊进行开挖及修复，施工难度及工程投资极大。

图2 沿甲秀南路人行道布置管道断面图

（3）沿甲秀南路道人行道外侧布置管道

为避免输水管线对甲秀南路交通及已埋设管线的影响，将管道布置于人行道外侧。经沿线踏勘，仅有局部路段具备人行道外侧埋设管道的条件，其中贵州大学盖板段、贵大安置房对面加油站路段、甲秀南路连接花溪大道路段、中铁生态城路段、碧桂园贵阳1 号路段、金竹立交桥路段、中坝公租房小区路段、下坝立交桥至下坝隧洞段由于建筑物紧挨甲秀南路或两侧地形影响，均无法在人行道外侧布置管道，因此在人行道外侧布置管道方案将对现有已建设完成的绿化带及沿线建筑物进行改造，施工难度及工程投资极大，并且不可估计的因素较多。

图3 沿甲秀南路人行道外侧布置管道断面图

综上比选，管线沿甲秀南路布置输水管道，布置在快车道位置，该方案的优缺点如下：

方案优点：（1）管道埋设沿线干扰建筑相对单一。在甲秀南路路面下埋设输水管道，所涉及的建筑有甲秀南路以及沿途交叉建筑物，该建筑物属于交通部门管辖，对管道的埋设方案及影响便于沟通协调。（2）征地面较小。该方案征地面积为浮船泵站至高位水池、高位水池到石板村乡道以及甲秀南路至南郊水厂沿线的临时征地，征地面积0.027 km2。

方案缺点：在甲秀南路占用快车道进行管道的铺设，将对甲秀南路的交通造成一定的压力。

2.3 工程投资

输水隧洞方案工程投资包括取水口、输水隧洞、出口暗涵、提水泵站及提水管道、施工临时措施及工程建设其他费用等，总投资约5.0 亿元。

输水管道方案工程投资包括提水泵站及提水管道、输水管道、施工临时措施及工程建设其他费用等，总投资约4.56 亿元。

2.4 输水方案选定

输水管道方案布置在甲秀南路上，该道路为贵阳市市内主干道，交通繁忙，施工期风险因素较多。输水隧洞方案施工占地较小，与地表建筑物干扰小，隧洞穿越T1a 浅灰色薄至中厚层白云岩，位于微风化岩体中，隧洞施工条件较好。从工程投资上考虑，输水隧洞方案较输水管道方案高约0.3 亿元，但输水管道施工不可控因素较多，因此，选定输水隧洞为本项目的主推方案。

3 输水隧洞施工方案

3.1 隧洞开挖

输水隧洞为圆洞型，考虑出渣运输方便，开挖断面尺寸为4.0 m×4.0 m，衬后断面为圆形隧洞，尺寸R=3.0 m，衬砌厚度0.5 m。由于项目位于贵阳市市域内，地表附属物多且复杂，不宜采用爆破法施工，隧洞采用XTR4/230 型悬臂式掘进机开挖的施工方案。

根据花南输水隧洞线路布置，花南引水隧洞分别在花溪洞0+100.00、花溪洞2+920.00、花溪洞5+940.00、花溪洞8+055.00及花南洞2+420.00 处分别布置1 条施工支洞，除花溪洞0+100.00 处施工支洞为平洞外，其余施工支洞均为竖井。隧洞开挖时，拟从各施工支洞及隧洞进出口采用XTR4/230 型悬臂式掘进机开挖，竖井支洞处洞挖石方采用小型拖拉机运输至至竖井底部的吊罐，龙门吊提升至洞口卸入15t 自卸汽车运输出渣；其余洞内采用小型拖拉机运输至洞口集渣平台，1.0 m3挖掘机装15 t 自卸汽车运输出渣。

3.2 隧洞支护及衬砌

隧洞一次支护包括喷混凝土、锚杆、钢筋网及钢拱架等，喷射混凝土采用“干喷法”，喷混凝土层厚10 cm，喷混凝土压气一般为200 kPa～390 kPa，压送距离不宜过大，宜为40 m 范围内，水压一般为980 kPa，为减少喷射过程中产生过大粉尘，在喷射混凝土拌合料中掺入一定量的粉尘减小剂。锚杆采用风钻钻孔，锚杆孔径42 mm，每根锚杆均施加10 t～12 t 拉拔力。钢筋网采用Φ6 钢筋加工成100 mm×100 mm 的长宽分别为2 m、1 m 的网片，主要用于软弱围堰洞段的顶拱和侧墙部位，提高喷射混凝土与围岩间的结合，防止围岩剥落。钢拱架采用I14号工字钢制作，钢拱架与锚杆焊接，并设置横向连接筋，然后喷混凝土，使钢拱架与隧洞围岩形成整体受力。

隧洞混凝土二次衬砌在隧洞贯通后进行，混凝土由商品混凝土拌和站拌制，并由混凝土搅拌运输车将商品混凝土运至施工支洞口附近，引水隧洞洞内底板衬砌混凝土采用小型拖拉机运输至衬砌工作面附近，由皮带机输送至HBT60 型泵仓，泵送入仓，侧墙及顶板衬砌混凝土采用电瓶车牵引有轨矿车运输至衬砌工作面附近，由皮带机输送至HBT60 型泵仓，泵送入仓，振捣棒振捣密实。

4 结论

本项目为市内输水工程，引水流量较大，市区内地表及地下建筑物较多且复杂，利用输水隧洞引水能降低对相关建筑物的干扰，以及能减少对市内生态、环境的破坏。

长距离输水隧洞施工方法有爆破法、TBM、悬臂式掘进机开挖等，爆破法对周围建筑影响较大，施工进尺较慢，在市区内不宜采用。TBM 施工较快，月进尺约1000 m，对周围建筑影响小，施工安全，但施工投资较大，施工准备期较长，对于无施工支洞布置条件或埋深大的长隧洞较适宜。悬臂式掘进机施工速度较快，月进尺约600 m～800 m，施工投资较高，对周围建筑影响小，施工准备期短，适宜于隧洞短或具备施工支洞布置条件的长隧洞，且不宜爆破施工的隧洞。本项目位于市区内，且工期要求紧，输水隧洞采用悬臂式掘进机开挖的施工方法。