李帥+聶乾++陳學(xué)義+楊訓(xùn)
摘 要:金沙分干渠隧洞設(shè)計(jì)中,在充分借鑒當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰某晒?jīng)驗(yàn)和實(shí)測資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合金沙分干渠整體布置,對分干渠8座隧洞的洞型、結(jié)構(gòu)、支護(hù)等進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化,提高了工程建設(shè)投資經(jīng)濟(jì)效益和安全性,為工程順利施工建設(shè)提供了重要技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞:隧洞;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);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(nèi)。工程的任務(wù)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(diǎn)接北干渠末端位于金沙縣城關(guān)鎮(zhèn)賴關(guān),終點(diǎn)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(shè)計(jì)
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(jì)時(shí),共布置隧洞8座,總長6.221km。隧洞設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)口底板高程1172.928m,出口底板高程1172.461m,設(shè)計(jì)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(jìn)口接金沙分干渠渠道(樁號17+472),出口接馬坎渡槽,隧洞設(shè)計(jì)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(jìn)口底板高程1154.724m,出口底板高程1154.440m,設(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)口底板高程1154.064m,出口底板高程1152.864m,設(shè)計(jì)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(jìn)口接灰溝倒虹管,出口接金沙分干渠渠道(樁號25+053),隧洞設(shè)計(jì)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(jìn)口底板高程1148.449m,出口底板高程1148.057m,設(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)口底板高程1144.204m,出口底板高程1142.055m,設(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)口底板高程1141.783m,出口底板高程1141.213m,設(shè)計(jì)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(jìn)口接申家寨倒虹管,出口接上馬坪倒虹管,隧洞設(shè)計(jì)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(jìn)口底板高程1138.249m,出口底板高程1137.657m,設(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)口底板高程1135.217m,出口底板高程1134.180m,設(shè)計(jì)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(hù)設(shè)計(jì)
Ⅲ類圍巖洞段采用隨機(jī)錨桿作為臨時(shí)支護(hù),錨桿直徑為22mm,長度2~3m,布設(shè)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(shí)支護(hù),錨桿直徑為22mm,長度2~3m,間距1.5m,排距1.5m,布設(shè)于頂拱部位;鋼筋網(wǎng)為φ8@200,噴砼強(qiáng)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(shí)支護(hù),錨桿直徑為22mm,長度2~3m,間距1.5m,排距1.5m,布設(shè)于邊墻及頂拱部位;鋼筋網(wǎng)為φ8@200,噴砼強(qiáng)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(jì)算設(shè)計(jì)
隧洞頂部120°范圍內(nèi)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(jì)算[1],8條無壓隧洞水力計(jì)算成果表明:隧洞各水力要素均符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
2.5 隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核
結(jié)構(gòu)計(jì)算采用理正巖土系列軟件5.1版隧洞襯砌計(jì)算。計(jì)算工況考慮運(yùn)行期及施工期。金沙分干渠選擇以大麻窩隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算為例,其計(jì)算成果為:典型計(jì)算中的大麻窩隧洞,其運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jì)算,8個(gè)隧洞襯砌材料均為C25鋼筋混凝土,參考《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL279-2002)及《水工隧洞的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算》等進(jìn)行設(shè)計(jì),隧洞襯砌設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
3 結(jié)束語
水工隧洞是構(gòu)筑于巖體中的建筑物,由于地質(zhì)條件千差萬別,圍巖本構(gòu)關(guān)系較復(fù)雜,難以準(zhǔn)確定量進(jìn)行評價(jià)描述,給隧洞設(shè)計(jì)帶來很大困難。結(jié)合金沙分干渠整體布置,對8座隧洞的洞型、結(jié)構(gòu)參數(shù)、支護(hù)方式等方面進(jìn)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(jìn)行施工建設(shè)。
參考文獻(xiàn)
[1]康金橋,楊火平,史學(xué)濤.沐若水電站引水隧洞設(shè)計(jì)與施工[J].人民長江,2013,44(8):60-63.