掌鳩河引水供水工程過普渡河大斷裂措施研究與設計

楊 禧

（中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院，云南 昆明 650051）

昆明掌鳩河引水供水工程的主要功能是將昆明北部掌鳩河流域的優質水源輸送到昆明市。該工程引水線路全長97.7 km，沿線地質條件復雜，區域內地震基本烈度高，北段（普渡河以北）為Ⅶ度，南段（普渡河以南）為Ⅷ度。

普渡河大斷裂始于金沙江以北，往南沿普渡河河谷至祿勸縣東后繼續向南延伸，經昆明、滇池、玉溪盆地西緣，止于峨山縣附近，全長近300 km。該斷裂帶由數條近于平行的斷裂組成，總體走向近南北，主干斷裂破碎帶寬50～400 m，由構造角礫巖、破裂巖、糜棱巖、斷層泥等組成。根據云南省地震局勘察工作成果可知：普渡河斷裂帶區域內若發生小于6.5級的地震，地表不會發生錯移；若發生大于6.5級的地震，地表將發生不大于50 mm的錯移；極端情況下最大錯移不超過200 mm。

1 過大斷裂帶措施研究

普渡河大斷裂帶影響范圍廣（全長近300 km，主干斷裂帶寬50～400 m），其主干斷裂與西北向斷裂交匯于廠口隧洞附近，輸水線路南段大部分輸水建筑物都接近或處于其影響帶內。改變輸水線路的布置是不可行的，故須研究采用其他有效的工程處理措施，使輸水線路能適應一定的變位，經調研可知，過大斷裂帶處理措施設計國內尚無相應規程規范可執行，也無類似的工程經驗可借鑒。考慮到掌鳩河引水供水工程的重要性，根據該地區的實際地質資料，經過慎重調查研究及設計計算，確定了如下設計標準和方案。

1.1 設計標準的確定

1.1.1 正常設計工況

由于普渡河大斷裂帶處于地震高發地區，引水工程正常運行過程中發生大于6.5級地震的情況較為頻繁，故所采取的措施應能使輸水建筑物滿足至少50 mm的萬向變位。該輸水工程線路長，絕大部分（尤其是普渡河大斷裂帶）地處偏僻的崇山峻嶺之中，不僅缺乏地質資料，地勘工作也很難做到系統、完整、準確，加之地震工況偶然因素較多，因此，為使所研究的工程措施安全可靠、經濟合理，應確定一個安全系數。

通過查閱 《水電站壓力鋼管設計規范》、《混凝土重力壩設計規范》、《水閘設計規范》、《水工設計手冊》以及其他有關資料，并借鑒以往的工程設計經驗，綜合分析得到：正常設計工況下，根據地勘工作深度的不同，取得的地質、水文等資料的可信度以及所選用的設計理論、方法等的不同，建筑物的安全系數一般取1.05～3.0。掌鳩河引水供水工程為國家 “九五”， “十五”計劃期間昆明市重要的生命線，考慮工程的重要性以及現有的地質資料、地勘工作實際情況以及經濟性等因素后將正常設計工況時過大斷裂帶工程措施設計的安全系數定為2.0，即輸水建筑物可適應100 mm的萬向總變位。

1.1.2 校核工況

校核工況下，建筑物安全系數一般取為1.0。根據云南省地震局勘察成果可知，本工程所處的普渡河斷裂帶區域內即使發生極端情況，最大錯移也不超過200 mm。因此，本工程措施校核工況的設計依據為：即使發生極端情況（最大錯移不超過200 mm）時，也能最大限度地確保過大斷裂帶的輸水建筑物不遭受嚴重損害，一般損壞經過短期簡單修復后便能及時投入使用。

1.2 過大斷裂帶措施設計

根據所確定的設計標準，經過詳細的計算研究，明確了以下過大斷裂帶工程措施設計方案：

（1）措施一。在主干斷裂與西北向斷裂交匯處廠口隧洞內，設置長450 m的洞內明鋼管道。明鋼管道以50 m為一個設計單元進行設計，在一個設計單元內，設有一個雙向滑動支座和一個固定球型擺動支座，兩端各設置一個萬向不銹鋼波紋伸縮節，以適應正常運行時大斷裂的變位要求。其中，雙向滑動支座可分別適應順管軸向以及垂直管軸向±100 mm的位移，固定球型擺動支座可適應0.02弧度的萬向角變位，兩端的不銹鋼波紋伸縮節不僅能滿足鋼管順軸向、垂直管軸向以及角向所產生的萬向變位，并能將前后兩個設計單元有效地連結起來；除上述作用外，兩端不銹鋼波紋伸縮節的設計考慮了能充分滿足極端情況下最大錯移不超過200 mm時的大變位要求。

（2）措施二。在廠口隧洞內每10 m設置一條伸縮沉降縫，分段適應隧洞變位需要，盡量避免隧洞襯砌產生集中變位和破壞，并通過提高隧洞襯砌結構的設計強度，確保設有洞內明鋼管道的隧洞，在極端情況下即使斷裂帶發生錯動，隧洞襯砌破壞也不會嚴重影響洞內明鋼管道的正常運行。

（3）措施三。設置專門的檢查維修支洞，并設有交通、排水、通風等設施，以滿足快速檢查維修的要求，最大限度地縮短破壞修復的時間，將地震可能產生的破壞損失降到最低，確保洞內明鋼管道的正常供水。

2 實踐驗證及經驗教訓

掌鳩河引水供水工程于2007年3月開始試通水運行，并于2008年3月進行停水檢查。檢查過程中發現：普渡河大斷裂帶廠口隧洞洞內明鋼管道支座出現了較大的變位（最大側向位移達170 mm，接近極限位移值200 mm），部分不銹鋼波紋伸縮節已接近極限工作狀態，部分支座已失去滑動及轉動功能，但鋼管道尚未破壞，仍然在正常供水。

據調查2007年雨季前現場工作人員多次進洞檢查，情況基本正常。雨季期間由于水泵發生故障，洞內積水無法及時排除，致使洞內淹滿了水。受水浮力的作用，鋼管道支座脫離約束開始產生較大變位，由于萬向伸縮節適應變形的能力較強，故鋼管道仍在大變位情況下正常工作。經現場檢查及鑒定分析，對鋼管道支座及伸縮節進行了復位、修復或更換搶修工作，并加強了洞內排水設施的配備，確保任何情況下洞內均可排水通暢，以避免類似事故再次發生。搶修工作完成后，經過試通水試驗后，正式向昆明市供水，至今運行正常。

3 結語

掌鳩河引水供水工程過普渡河大斷裂帶工程措施（廠口隧洞洞內明鋼管道）的設計不僅能滿足正常情況下常規變位的要求，而且在特殊情況下即使產生接近極限位移值200 mm的變位，鋼管道仍能堅持正常供水，表明所采取的措施在極限位移范圍內所產生的破壞是可控、可修復的，不會嚴重影響工程的正常使用，設計是安全、經濟、合理的，完全滿足實際工程預期要求。其經驗和成果可供類似工程借鑒。