1、三岔河水库工程输水隧洞设计方案摘要:三岔河水库输水隧洞的设计，是采用工程中的实际情况，在满足输水设计流量及满足施工要求的条件下，设计计算确定输水隧洞洞径及隧洞进出口高程，再根据洞线地形、地质条件、灌区灌溉及农村安全饮水的要求，综合确定隧洞比降及衬砌形式，根据隧洞进出口能量损失进行水力计算，调整进口高程，确定经济、合理的比降，使隧洞进出口水头损失相对较小并满足灌区灌溉、农村安全饮水的要求。其保证了供水工程的安全、经济、合理，对今后的工程项目提供了宝贵的实践经验。 关键词:地质条件；输水隧洞；断面；衬砌；支护 中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号： 气象与地质 三岔河水库供水工程是以
2、农村安全饮水为主，兼顾农业灌溉。水库总库容水量为 1152 万 m3，设计灌溉面积为 2.4877 万亩。按照（SL252-2000） ，确定本水库工程规模属中型，工程等别为三等。工程设防烈度为 9，三岔河水库工程建设地在未来 50 年内可能遭遇烈度为9几率为 10%的地震。加之水库位置较高，地震后，全直接危及下游区的安全。 水库区多年平均气温 13.9，极端最高气温 32.0，极端最低气温-8.1，多年平均降雨量 746.3mm，最大年降水 1140.5mm，最少年降水469.7mm，多年平均相对湿度 69%，多年平均蒸发量 2025.9mm。多年平均风速 2.2m/s，多年平均最大风速 1
3、2.2m/s。 三岔河水库工程是在三岔河河床相对缩窄处，坝址位于兰岔河库区下游约 220 米的相对顺直河段上，河底高程 2400m，坝轴方位 24704?03“，坝址为不对称“V 字形峡谷地形，左岸坡坡陡，坡角4050，地形条件相对较好，但地质条件较为复杂，上部出露粘土岩，岸坡中下部出露丽江组角砾岩，为反向坡，岸坡稳定。右岸为顺向坡，坡角 3040，岩层倾角与坡角相近，表层有较薄的残坡积和崩洪积覆盖，基岩为泥钙质胶结角砾岩，局部裸露，层厚，强度相对较高，岸坡相对稳定。 1、输水隧洞设计 三岔河输水隧洞的横断面形状依据隧洞的水力学、工程地质与水文地质、衬砌工作条件以及地应力情况、施工方法等因素，
4、通过技术经济分析确定。隧洞布设于河床左岸，结合施工导流问题，输水隧洞采用施工导流及输水共用的布置方式，采用龙抬头方式，输水隧洞全长462.598m，其中洞身段长 340.30m，有压段设计底坡为 1/200，衬砌形式为圆形，衬砌内径 D=1.8m，龙抬头段转弯半径 15.Om，采用 C20 钢筋砼衬砌，无压段设计底坡 i=l/80，衬砌型式 1.81.8m 城门洞型，采用钢筋砼衬砌，出口消能采用挑流消能。 输水隧洞布置形式为有压进口无压隧洞的方式，由引水明渠段、进口有压段(含直洞段及龙抬头段)、导流有压段、竖井闸室段、无压洞身段、出口陡槽段及消能设施段组成。隧洞依次分别穿过第三系三营组(N2s
5、)半胶接粘土岩夹砂、砂砾岩和第三系丽江组(El)泥钙质胶结角砾岩，输水隧洞设计流量为 Q=2.5m3/s，最大过流能力为 Q=16.15m3/s。 由于三岔河输水隧洞兼顾农村安全饮水问题，故在输水隧洞底板下布置了农村安全饮水得输水管。输水管设计流量为 0.25m3/s，输水管为铸铁管，壁厚为 15.8mm，管径为 500mm，输水管外包一层厚 0.2m 厚的C20 钢筋砼。输水管出口设于隧洞出口陡槽段后，并在出口处设两道闸阀(Z545T-10)，控制不同水位时的输水流量。 1.隧洞断面设计: 隧洞出流计算，按有压出流公式：Q=be 计算，隧洞断面依据明渠均匀流公式计算，其计算结果，按施工最小断
6、面选择：有压段采用圆形断面，内径 1.8m，衬砌厚 0.35m，C20 钢筋砼整体现浇。无压段采用城门形断面，顶拱圆心角 120，断面尺寸 1.81.8m，衬砌厚 0.35m，C20 钢筋砼整体现浇。当过水流量为 2.5m3/s 时，洞内水深0.405m，过流流速 0.68m/s；当过水流量为 2.5m3/s 时，洞内水深1.32m，过流流速 1.05m/s。 2.竖井的设计:竖井内设 1.0l.Om 平面铸钢闸门检修门、工作门各一道；选用省水力机械厂生产的定型闸门，其规格尺寸为 1.0l.0m 的平面滑动铸钢闸门两道配 QPY-30/40-50-8-WS II 液压式启闭机两套。闸孔底板高程
7、 2405.000m，启闭机安装在竖井内，位于闸室底板高程上6.0m 处。闸室底板表面孔壁采用钢板护衬以增强抗磨损、抗气蚀能力。闸室顶部设密封盖板，使井内无水。工作闸门的通气管由竖井内接入。为便于管理，在竖井平台上建净空尺寸（长宽高）443m 的启闭机室一间，并在竖井内沿井壁设旋转楼梯直通竖井底部。 依照灌溉与排水工程设计规范 （GB50288-99） ，无压输水隧洞设计平均流速宜小于允许不冲流速，大于允许不淤流速。按规范（GB50288-99）附录 F，查得现浇混凝土隧洞的允许不冲流速为 8m/s；根据三川河的泥沙特性参数，经计算无压隧洞的允许不淤流速为0.30.5m/s，设计流速满足不冲不
8、淤流速的要求。 2、衬砌设计 输水隧洞的衬砌结构要能够保持围岩稳定、满足运行所需要的水力学条件、满足防渗要求、防止水流冲刷以及温度、湿度、大气等因素对围岩的破坏作用。隧洞衬砌形式应综合考虑断面形状和尺寸、运行条件及内水压力、围岩条件、防渗要求、支护效果、施工方法等因素。 隧洞衬砌厚度初步定为 0.35m 钢筋混凝土结构，喷 100mm 厚 C25 混凝土，则开挖宽度为 2.8m，开挖高度 4m。半宽为 1.175m，直墙段高度为2.231m，半角为 56，半径为 1.425m。如施工期间可采用回填灌浆压力0.35MPa。隧洞外水压力类最大为 H=118.62m，类为 H = 81.34m，类为
9、 H = 36.05m。根据 SL 279-2002 水工隧洞设计规范适当进行折减。具体荷载组合见表 1。 表 1 隧洞计算分析荷载组合 输水隧洞围岩类别包括类、类和类，长度分别为 6 088.5m，1 701.6m 和 1 604.9m,根据地质评价及衬砌内力计算结果见表 2。 表 2 输水隧洞围岩衬砌计算结果表 3、支护方案设计 根据隧洞形式和地质情况综合考虑，隧洞一次支护采用喷锚支护，根据各不同洞段的地质条件，分为局部锚杆支护和随机锚杆支护，具体方案如下：土洞段：前一部分供水线路，围岩类别为类。隧洞过水断面底宽 1.8m，直墙高 1.8m，顶拱为半圆拱。开挖洞径宽 2.8m，高4m。施工
10、时采用钢格栅，模筑混凝土。二次支护采用 C25 钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为 300mm，顶拱 120范围进行回填灌浆。砂卵石洞段：为砂卵石洞段，围岩类别为类。过水断面底宽 1.8m，直墙高 1.8m，顶拱为半圆拱。开挖洞径宽 2.8m，高 4m。施工时采用钢格栅，模筑混凝土。二次支护采用 C25 钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为 300mm，顶拱 120范围进行回填灌浆。泥岩洞段：为泥岩（T1h）洞段，岩性软弱，成洞条件差。过水断面底宽 1.8m，直墙高 1.8m，顶拱为半圆拱。开挖洞径宽2.6m，高 3.8m。围岩为类岩石。一次支护采用 C20 网喷混凝土，采用25 局部锚杆，单根长 2.5m，每
11、个断面 4 根，排距 2m。二次支护采用C25 钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为 300mm，顶拱 120范围进行回填灌浆。砂岩洞段：为砂岩（T1h）洞段，过水断面底宽 1.8m，直墙高 1.8m，半圆顶拱。开挖洞径宽 2.4m，高 3.2m，围岩为类岩石，采用 25 局部锚杆，单根长 2.5m，每个断面 4 根，排距 2m。二次支护采用 C25 钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为 300mm，顶拱 120进行回填灌浆。 4、结束语 经验及教训：本工程采用施工导流隧洞及输水隧洞共用的“龙抬头”布置形式，在很大程度上节约了工程的投资。该布置形式因隧洞出口高程远远低于隧洞进口高程，故适用于下游灌区对输水水头要求不高的中小型工程。本工程采用的启闭设备为液压设备相对于螺杆式启闭设备对工程运行的操作要求更高，在工程运行终须加强管理及保养工作，切实解决“重建轻管”的问题。 本文简单的讲述了对三岔河水库输水隧洞的设计，在针对工程中的实际情况，合理计算出输水隧洞方案，保证输水隧洞工程的安全、经济、合理，对今后的工程项目提供了宝贵的实践经验。
