探討引水灌區的一期工程隧洞設計方案
——以某工程為例

陳　昕（廣西柳州水利電力勘測設計研究院，廣西 柳州 545005）

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探討引水灌區的一期工程隧洞設計方案
——以某工程為例

陳昕（廣西柳州水利電力勘測設計研究院，廣西 柳州 545005）

某工程水庫引水灌區一期工程共包含12座隧洞，全長為48.77km，所有隧洞均屬于無壓隧洞，該隧洞需通過附近村莊，距離相對較長，且屬于低水頭，水流量大。本文在針對該隧洞進行設計的過程中，從洞線選擇、進出口布置、支護設計以及處理方面探討了隧洞的主要設計方法，希望能夠促進隧洞設計方案的完善，供大家參考和研究。

引水灌區；隧洞設計；無壓隧洞；支護

1　工程概述

某工程以農業灌溉作為其主要開發任務，要求滿足農村人畜飲水需要的同時，負責城鎮供水任務，同時還要有利于優化生態環境。該灌區針對灌溉面積進行設計時將其設置為128.79萬畝。該項目一期工程灌溉面積分布的鄉鎮共計17個，總體灌溉面積最終設計為54.68萬畝，具體的概算總投資金額約26.47億元。該工程取水口與水庫大壩上游之間的距離約為1.2km，具體引流流量為70m3/s，灌區輸水干渠實際長度為86.86km，包含隧洞共計12個，隧洞長度48.766km，具體流量為每秒2.2～70m3之間。

針對灌區輸水線路進行選擇的過程中一般優先選擇短而直的線路，同時要盡量防止深挖以及高填，盡可能避免穿越一些地質條件復雜的區域以及村屯。本工程項目在具體布置過程中，選擇隧洞方式順利穿越主要隧洞，相關隧洞大部分屬于石灰巖高山，隧洞圍巖大部分屬于Ⅲ類。針對土洞環境，如果選擇明渠方式，要求深挖，高邊坡在30～60m之間，需要占據大量面積，同時邊坡穩定無法得到保障。本工程項目部分隧洞需要通過一些居民居住區域或者房屋較密集的區域，部分路段埋深相對較大，很難針對施工支洞進行有效布置，另外部分隧洞位于巖溶區域，其地下水位明顯較高，可能會出現突水已經突泥的現象，隧洞沿線的巖溶具體規模以及實際分布狀況等均無法明確查清，在施工過程中，選擇深豎井用作人與設備進出的通道，并將該通道用于出渣和排水工作，施工過程中如果出現大規模突水現象或者突泥問題，要想及時進行排水搶險十分困難，情況嚴重的甚至會導致施工中斷。所以，針對該特殊隧洞，本研究選擇TBM施工方案進行施工，方便在施工嚴重突水及突泥狀況下實現自流排水，及時排除險情。

2　隧洞洞線選擇

綜合分析工程總體布置以及具體線路走向，渠線通過山丘高地的過程中，科學開展技術經濟對比，明確隧洞布置數量共計12個，所有隧洞均屬于無壓隧洞。該工程所處區域群眾居住并不幾種，大部分居民選擇緊靠山坡坡腳位置進行定居，因此，針對工程水線路進行布置的過程中，應盡可能避開群眾居住的位置。因為布置場地不夠寬廣，本工程局部輸水線路段與居民房屋之間相距不遠。因為本工程需要通過石灰巖地段，穿越過程中存在大量巖溶發育，針對具體線路進行布置的過程中應該綜合分析沿線水文地質狀況，研究具體測繪結果，提高輸水線路設計的科學性和針對性，有效給予調整，盡可能避開溶洞等地質復雜區域。

3　隧洞進出口布置

針對土質隧洞，在設置進出口的過程中常常會出現高邊坡穩定性降低的現象，為了解決這一問題，本研究選擇在隧洞進出口位置設置一個長度在5～10m范圍內的涵洞段，確保涵洞具體斷面尺寸以及隧洞之間保持一致，確保良好的結構整體性，要可以承受一定量的垂直力以及側向力，避免出現邊坡滑塌的問題。此外，因為工程地質調查中了解到的地質狀況以及地貌條件與現場實際信息相比不一定完全相同和符合，在實際設計工作中，應將涵洞段納入隧洞工程預設計的重要內容，正式開展開挖工作時，綜合分析現場地質狀況，結合施工企業具體實施能力等，針對涵洞段進行有效縮短，盡早實現進洞，盡量晚點出洞，通過這種方式，能夠有效減小隧洞進出口邊坡實際高度，同時減少開挖工程任務，且不會導致隧洞水頭損失出現變化［1］。

為了避免邊坡上的落石落到工程隧洞內部，針對隧洞進出口進行設計的過程中，應綜合分析交通部門相關布置方法，選擇隧洞進出口位置，構建一個護拱，護拱約為2～3m，具體分析隧洞上的巖體厚度，選擇大于等于該厚度1.0倍的開挖洞徑，實現對隧洞進出口的科學設置，本研究選擇大管棚隧洞口開挖支護施工技術來開展進出口布置工作，該技術屬于現階段應用效果較好的一種先進技術，能夠在一定程度上減少或避免隧洞進出口高邊坡的形成，促進隧洞施工安全性的大幅提高。

4　隧洞支護設計

針對施工初期階段的支護設計，應根據新奧法相關原理及內容來實施，在巖石力學理論的指導下開展設計工作，同時結合隧洞工程施工工作經驗，選擇噴錨聯合鋼支撐的方式，針對工程隧洞洞臉和隧洞進出口洞身區域增加設置注漿管棚，完成支護工作。針對二次襯砌支護開展設計的過程中，因為Ⅱ類圍巖以及Ⅲ類圍巖均具備較好的穩定性，接受首次支護之后，基本上能夠保證洞身處于穩定狀態，因此針對Ⅱ類圍巖以及Ⅲ類圍巖只需要站在減少工程隧洞糙率的視角上考慮，針對隧洞洞身邊墻部分以及底板區域開展 C25（2）鋼筋混凝土襯砌即可。針對Ⅳ類圍巖至Ⅴ類圍巖，應開展全斷面鋼筋混凝土襯砌，隧洞進出口位置的襯砌方法與之相同，土洞斷支護設計也一樣。總干渠隧洞圍巖分類以及支護形式如表1所示。

5　隧洞水深處理方法

與明渠以及渡槽等相比，隧洞在單位投資方面明顯要高，所以，針對隧洞進行設計的過程中，應盡量保證隧洞縱坡相對較陡，而明渠以及渡槽一般會處于較緩狀態。另外，通過比較，明確隧洞應用的斷面類型，第一種類型屬于圓型斷面，通常應用于土洞；第二類屬于城門洞型斷面，一般應用于巖洞。觀察隧洞洞底具體布置情況，如果發現其處于對應的上下游渠道渠底高程連線位置，需要對圓型斷面隧洞具體洞徑開展加大處理，容易導致空間浪費的問題。城門型斷面通常表現為扁平狀，具體高度比大概為0.6，在具體結構受力方面相對較弱。我們必須要開展相關計算工作，同時綜合分析和借鑒國內外相關工程施工建設經驗，盡可能促進洞底高程的有效下降，科學增大洞內具體水深。本次隧洞工程項目的總干渠隧洞底與相接渠道渠底相比要低，兩者相差1.24～1.65m之間，通過這種設計方法，能夠確保隧洞內的水可以實現大范圍均勻流動，隧洞前方不存在壅水，不會對渠道過水能力造成不利影響，且能夠促進隧洞施工安全性的提高［2］。

表1　總干渠隧洞圍巖分類以及支護形式

6　合理應用減糙襯砌混凝土法

本次隧洞工程施工中，針對II類圍巖至III類圍巖，綜合分析其具體結構受力狀況，只需要針對隧洞洞身開展錨噴支護就能夠保證隧洞實現永久穩定，但是考慮到本隧洞接受爆破開挖之后，其洞壁凹凸不平，如果選擇混凝土進行噴灑很容易導致其洞壁更加粗糙。通過借鑒國內外對于該類問題的處理方法，本次研究選擇30cm減糙混凝土針對隧洞底板以及邊墻進行襯砌。

［1］翟配松.桂中治旱樂灘水庫引水灌區一期工程隧洞設計［J］.廣西水利水電，2014，05：107～110，+118.

［2］趙浩丞，張子飛，余 鯤.響水水電站擴機工程施工支洞跨越原一期引水隧洞開挖爆破方案優化選擇［J］.人民珠江，2011，05：17～18，+22.

陳 昕（1971-），男，工程師，本科，畢業23年從事水利水電工程設計工作，設計了多個水電站、泵站、灌區、防洪堤、河道治理、多個項目獲得設計獎項。

TV672

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2095-2066（2016）09-0060-02

2016-3-8