輸水隧洞在城市供水中的應用

楊成勝

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002）

1 工程概況

貴陽市花溪水庫至南郊水廠、中曹水廠輸水工程是以輸水為主的中型水利工程，主要向貴陽市南郊水廠以及貴陽市中曹水廠輸水。主要由花南輸水工程、花中輸水工程組成，總輸水量為10168 萬m3/a（現狀）和13073 萬m3/a（遠期），其中向南郊水廠輸水5810 萬m3/a（現狀）和7263 萬m3/a（遠期），向中曹水廠輸水4358 萬m3/a（現狀）和5810 萬m3/a（遠期）。

工程為Ⅲ等工程，輸水總流量為4.716 m3/s（現狀）和5.369 萬m3/s（遠期），取水口、輸水隧洞、輸水管道、輸水管橋、提水泵站均為3 級建筑物。

2 輸水方案選擇

2.1 輸水隧洞方案

輸水隧洞方案取水點設置在花溪水庫大壩上游1 km 凹灣處，后接花溪輸水隧洞向北布置，沿途穿越石板鎮及金竹鎮規劃道路，在金竹立交處設置分水口，一支接南郊水廠方向為花南隧洞，一支接中曹水廠方向為花中隧洞。

花溪輸水隧洞起點為花溪水庫庫內取水口，隧洞方向應盡量向輸水終點南郊水廠及中曹水廠方向布置。花溪輸水隧洞布置受限制因素較多，線路布置應考慮盡量避免穿越密集程度較大高層建筑物區、與擬建的S1#軌道線選擇合適的相交點、以及避開阿哈水庫飲用水源保護區域等。輸水隧洞線路布置時，應盡量考慮避開高層建筑、地下建筑設施如地鐵等，以及地上覆著物如鐵路、高速公路及城市道路等的隧洞埋深亦達到安全要求，并盡量沿已建或規劃道路布置。

花溪輸水隧洞需經過貴昆鐵路、貴陽市地鐵S1#線（規劃）、繞城高速、城市道路甲秀南路及南二環等，隧洞總長12 km，其中花溪輸水隧洞長8.17 km，花南輸水隧洞長3.03 km，花中輸水隧洞長0.8 km，隧洞埋深22 m～93 m，隧洞頂板距輕軌底板距離約24.5 m。隧洞穿越T1a 淺灰色薄至中厚層白云巖，位于微風化巖體中，巖層產狀為68°～75°∠50°～60°，節理裂隙發育，局部巖體穩定性較差，易產生掉塊現象，且隧洞位于地下水位以下，巖溶發育，可能存在溶洞或溶蝕破碎帶，雨季施工可能存在涌水突泥現象。

2.2 輸水管道方案

在花溪水庫內設置泵站，提水至大壩左岸高位水池，底板高程為1200 m，再通過管道有壓自流的方式直接進入南郊水廠，輸水管線長14.02 km，采用1 根D=1800 mm 輸水管管線布置方式：花溪水庫→花溪水庫左岸泵站→花溪水庫左岸高位水池→順石板井村鄉道→花石路→甲秀南路→下壩隧道處→沿山坡至南郊水廠沉淀池前進水管。

根據管道在甲秀南路埋設的位置，可分為3 種布置方案：沿甲秀南路快車道布置管道；沿甲秀南路人行道布置管道；沿甲秀南路道人行道外側布置管道。

（1）沿甲秀南路快車道布置管道

甲秀南路中央隔離帶布置有煤氣管、給水管、綜合管，慢車道布置有雨水管、污水管、電力管等，為避免對已有管道的影響，在快車道埋設輸水管道。同時考慮施工期間對甲秀南路交通的影響，在道路沿線回填路段，路基為碾壓回填土石方，采用鋼板樁強支護的形式，保證管槽開口寬度最??；在沿線道路開挖路段，路基為基巖，采用垂直開挖的形式。管槽開挖寬度為：管道直徑1.8 m，兩側預留管道安裝寬度0.6 m，開挖寬度3.0 m。

圖1 沿甲秀南路快車道布置管道斷面圖

（2）沿甲秀南路人行道布置管道

為避免管線的施工對行車道交通的影響，輸水管道布置在人行道，按照甲秀南路管綜布置設計圖，在人行道下僅布置有一條電力電纜，輸水管線在人行道埋設，需要對電力電纜進行改線。但經過現場踏勘，甲秀南路人行道下為鋼筋混凝土綜合管廊，管廊寬2.5 m，深1.5 m，里面布置有3 條10 kV 電力電纜，3 條通訊光纜，1 條警用光纜，局部路段還布置中壓煤氣管道。經分析，在人行道下埋設管道的方案需對現有管囊進行開挖及修復，施工難度及工程投資極大。

圖2 沿甲秀南路人行道布置管道斷面圖

（3）沿甲秀南路道人行道外側布置管道

為避免輸水管線對甲秀南路交通及已埋設管線的影響，將管道布置于人行道外側。經沿線踏勘，僅有局部路段具備人行道外側埋設管道的條件，其中貴州大學蓋板段、貴大安置房對面加油站路段、甲秀南路連接花溪大道路段、中鐵生態城路段、碧桂園貴陽1 號路段、金竹立交橋路段、中壩公租房小區路段、下壩立交橋至下壩隧洞段由于建筑物緊挨甲秀南路或兩側地形影響，均無法在人行道外側布置管道，因此在人行道外側布置管道方案將對現有已建設完成的綠化帶及沿線建筑物進行改造，施工難度及工程投資極大，并且不可估計的因素較多。

圖3 沿甲秀南路人行道外側布置管道斷面圖

綜上比選，管線沿甲秀南路布置輸水管道，布置在快車道位置，該方案的優缺點如下：

方案優點：（1）管道埋設沿線干擾建筑相對單一。在甲秀南路路面下埋設輸水管道，所涉及的建筑有甲秀南路以及沿途交叉建筑物，該建筑物屬于交通部門管轄，對管道的埋設方案及影響便于溝通協調。（2）征地面較小。該方案征地面積為浮船泵站至高位水池、高位水池到石板村鄉道以及甲秀南路至南郊水廠沿線的臨時征地，征地面積0.027 km2。

方案缺點：在甲秀南路占用快車道進行管道的鋪設，將對甲秀南路的交通造成一定的壓力。

2.3 工程投資

輸水隧洞方案工程投資包括取水口、輸水隧洞、出口暗涵、提水泵站及提水管道、施工臨時措施及工程建設其他費用等，總投資約5.0 億元。

輸水管道方案工程投資包括提水泵站及提水管道、輸水管道、施工臨時措施及工程建設其他費用等，總投資約4.56 億元。

2.4 輸水方案選定

輸水管道方案布置在甲秀南路上，該道路為貴陽市市內主干道，交通繁忙，施工期風險因素較多。輸水隧洞方案施工占地較小，與地表建筑物干擾小，隧洞穿越T1a 淺灰色薄至中厚層白云巖，位于微風化巖體中，隧洞施工條件較好。從工程投資上考慮，輸水隧洞方案較輸水管道方案高約0.3 億元，但輸水管道施工不可控因素較多，因此，選定輸水隧洞為本項目的主推方案。

3 輸水隧洞施工方案

3.1 隧洞開挖

輸水隧洞為圓洞型，考慮出渣運輸方便，開挖斷面尺寸為4.0 m×4.0 m，襯后斷面為圓形隧洞，尺寸R=3.0 m，襯砌厚度0.5 m。由于項目位于貴陽市市域內，地表附屬物多且復雜，不宜采用爆破法施工，隧洞采用XTR4/230 型懸臂式掘進機開挖的施工方案。

根據花南輸水隧洞線路布置，花南引水隧洞分別在花溪洞0+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 處分別布置1 條施工支洞，除花溪洞0+100.00 處施工支洞為平洞外，其余施工支洞均為豎井。隧洞開挖時，擬從各施工支洞及隧洞進出口采用XTR4/230 型懸臂式掘進機開挖，豎井支洞處洞挖石方采用小型拖拉機運輸至至豎井底部的吊罐，龍門吊提升至洞口卸入15t 自卸汽車運輸出渣；其余洞內采用小型拖拉機運輸至洞口集渣平臺，1.0 m3挖掘機裝15 t 自卸汽車運輸出渣。

3.2 隧洞支護及襯砌

隧洞一次支護包括噴混凝土、錨桿、鋼筋網及鋼拱架等，噴射混凝土采用“干噴法”，噴混凝土層厚10 cm，噴混凝土壓氣一般為200 kPa～390 kPa，壓送距離不宜過大，宜為40 m 范圍內，水壓一般為980 kPa，為減少噴射過程中產生過大粉塵，在噴射混凝土拌合料中摻入一定量的粉塵減小劑。錨桿采用風鉆鉆孔，錨桿孔徑42 mm，每根錨桿均施加10 t～12 t 拉拔力。鋼筋網采用Φ6 鋼筋加工成100 mm×100 mm 的長寬分別為2 m、1 m 的網片，主要用于軟弱圍堰洞段的頂拱和側墻部位，提高噴射混凝土與圍巖間的結合，防止圍巖剝落。鋼拱架采用I14號工字鋼制作，鋼拱架與錨桿焊接，并設置橫向連接筋，然后噴混凝土，使鋼拱架與隧洞圍巖形成整體受力。

隧洞混凝土二次襯砌在隧洞貫通后進行，混凝土由商品混凝土拌和站拌制，并由混凝土攪拌運輸車將商品混凝土運至施工支洞口附近，引水隧洞洞內底板襯砌混凝土采用小型拖拉機運輸至襯砌工作面附近，由皮帶機輸送至HBT60 型泵倉，泵送入倉，側墻及頂板襯砌混凝土采用電瓶車牽引有軌礦車運輸至襯砌工作面附近，由皮帶機輸送至HBT60 型泵倉，泵送入倉，振搗棒振搗密實。

4 結論

本項目為市內輸水工程，引水流量較大，市區內地表及地下建筑物較多且復雜，利用輸水隧洞引水能降低對相關建筑物的干擾，以及能減少對市內生態、環境的破壞。

長距離輸水隧洞施工方法有爆破法、TBM、懸臂式掘進機開挖等，爆破法對周圍建筑影響較大，施工進尺較慢，在市區內不宜采用。TBM 施工較快，月進尺約1000 m，對周圍建筑影響小，施工安全，但施工投資較大，施工準備期較長，對于無施工支洞布置條件或埋深大的長隧洞較適宜。懸臂式掘進機施工速度較快，月進尺約600 m～800 m，施工投資較高，對周圍建筑影響小，施工準備期短，適宜于隧洞短或具備施工支洞布置條件的長隧洞，且不宜爆破施工的隧洞。本項目位于市區內，且工期要求緊，輸水隧洞采用懸臂式掘進機開挖的施工方法。