1、浅议水利工程隧洞设计摘要：水利工程隧洞设计的合理性和高技术性是保证工程质量的关键，但水利工程隧洞规模较大，工序技术多样化，且容易受地形、地质因素影响，因而在其规划设计之初，必须要考虑全面。本文结合康家坝水库工程实例，从隧洞开挖、隧洞支护与衬砌、围岩的开挖与支护、混凝土衬砌等几个方面，探讨水利工程隧洞设计要点。 关键词：水利工程；隧洞；设计要点 中图分类号： TV 文献标识码： A 1、工程概况 康家坝水库属中型屯蓄水库工程，水库位于临沧市永德县乌木龙乡，澜沧江水系二级支流秧琅河的上游康家坝河上。坝址区左岸现有省道羊勐公路通过，交通方便。距永德县城 109km，距临沧 115km，距昆明627k
2、m。水库总库容 2349.9 万 m3。工程由枢纽工程、引水工程、输水灌溉工程组成，主要建筑物有拦河坝、导流输水隧洞、溢洪道、引水渠道、输水灌溉渠道等。拦河坝坝型为粘土心墙风化料坝，坝顶高程2131.00m，最大坝高 60m；溢洪道布置于左坝肩，型式为正槽开敞式；导流输水隧洞布置于左岸，位于大坝和溢洪道之间，为城门型无压洞，采用闸前有压、闸后无压形式。 2、总干渠初步设计分析 2.1、总干渠初步设计概述 总干渠由水库输水隧洞出口取水，渠首高程 2076.10m，渠末高程2049.50m，全长 8.241km，设计流量 3.99m3/s，加大流量 4.99m3/s。按照过水建筑物类别划分为四段，
3、主要建筑物有倒虹吸前明渠段长1.682km、黄家寨倒虹吸（长 1.329km） 、倒虹吸后明渠段长 2.00km、辉家寨隧洞（长 3.221km） 。 2.2、隧洞段工程地质条件 该隧洞轴线较长，地形地貌较好，地层岩性简单，洞顶以上岩土覆盖层厚度较大，成洞条件较好，物理地质现象不发育，建材质量较好，储量丰富，运距较近，但构造发育，岩体破碎，节理裂隙发育，渗透指标较大，漏水；围岩稳定性较差，综合评价，该隧洞工程地质条件较差。按水利水电工程地下洞室围岩分类为类不稳定岩体。辉家寨隧洞围岩分类为：进口段为类不稳定岩体，中段类为基本稳定和局部稳定性差岩体，出口段为类不稳定岩体；该隧洞轴线较长，地形地貌较
4、好，地层岩性简单，洞顶以上岩土覆盖层厚度较大，成洞条件较好，物理地质现象不发育，建材方便，质量较好，储量丰富，运距较近，但构造发育，岩体破碎，节理裂隙发育，渗透指标较大，漏水。另外，各洞段岩体砂、泥岩比例相差较大，节理裂隙发育程度不等，围岩以类为主，次为类，并交替出现。 3、水利工程隧洞设计要点分析 3.1、隧洞挖掘前期工作 在进行隧洞挖掘的工作之前，测量人员要按照设计好的比例在洞脸上做好标识，施工人员沿着标记，按照规定好的坡比向前挖掘。在挖掘中，要注意保护进出洞脸和两侧的边坡，必要时需要开挖工作与支护措施同时进行。在设计隧洞挖掘的横截面大小时，要考虑到方便大型挖掘设备和机器出入的方面，同时也
5、要涉及到经济因素，通常情况下，如果断面设计成圆形，其内径至少要在 1.8m 以上，如果是非圆形截面，要保证高度1.8m，宽度在 1.5m 以上。在施工过程中，为了保证施工人员和建筑体的安全，最好先将洞外的建筑建设完毕，同时清理好所有的岩石、砂砾和土块，再引导隧洞进洞，这样可以有效提高在洞口施工的安全性。根据相关的安全规定，在洞室内的挖掘一定要注意控制深度，其径直方向上超过的深度不能大于 10cm，对超挖的部分必须使用相同标号的混凝土进行回填处理。 3.2、辉家寨隧洞支护方案 3.2.1、初步设计开挖、支护方案 根据地质勘探的建议和工程处理措施，初步设计确定的隧洞支护方案为：按不同围岩类别每 3
6、0120cm 设置一榀 12 号工字钢钢支撑，并布设超前注浆锚杆，采取边开挖边衬砌的施工方法。 3.2.3、施工阶段开挖、支护方案 3.2.3.1、施工阶段开挖支护方案 结合康家坝水库工程建设推进，施工单位，为了控制节约施工成本，以强调安全施工、加快施工进度为目的，在施工中采取的施工工艺为：采用全断面开挖钢支撑支护、对开挖面喷护 C15 混凝土、全洞贯通后，再进行衬砌和混凝土浇筑；施工过程中，采取一次性全断面开挖长度13m，根据开挖所揭露的围岩类型、以及岩体的节理、裂隙发育程度，结构破碎程度，围岩稳定性等，分析开挖中出现掉块、边墙塌方、地下水出漏等现象，采用不同的钢支撑型式支护形式，为了保证进
7、出口长时间暴露但不危急洞室开挖施工，支护用量大。 3.2.2.2、施工设计支护方案 针对本工程的围岩，主要以及类不稳定围岩、类围岩为主，局部为类围岩。岩体主要以灰白色中厚层状砂岩和砾岩、二迭系下统茅口组（P1）灰岩夹白云质弱风化灰岩（内部有溶蚀洞穴、地下暗河干存在） 、泥盆系下统温泉组（D1W）页岩、砂岩夹硅质岩为主，设计主要的支护方案： 支护方案(1)（类围岩为主，局部为类围岩，详见图 1、图 2）：钢支撑采用 14 号工字钢，每榀间间距为 4080cm（在施工过程中，根据实际开挖揭露的地质情况，类围岩按照 80 cm 间距布设，类围岩按照 40 cm 间距布设） ，钢支撑之间联系钢筋采用
8、20 钢筋，排距80cm，搭口错开布置；对类围岩比较破碎、类围岩，为保证施工安全，在隧洞开挖方向采用 50mm 钢管做超前支护，管子间距 30cm，每排20 棵；锁固锚杆采用 20 钢筋，L=2.0m，在钢支撑的底部左、右以及顶部各采用 2 棵共同约束固定，共计 6 棵/榀；联系筋采用 20 钢筋，排距 80cm，顶部联系筋之间采用 6.5 钢筋挂网，间距30cm30cm；类围岩喷 6cm 厚的 C15 混凝土，类围岩喷 10cm 厚的C15 混凝土。 支护方案(1) (图 1) (图 2) 支护方案(2)（类及类稳定性差围岩，详见图 3）：锚喷衬护段，喷 6cm 厚 C15 混凝土并采用局部
9、系统锚杆加固，锚杆杆径 20mm，长 2m，梅花型布设，排间距 3m，加固挂网钢筋。 支护方案(2) (图 3) 说明： 1、锚杆采用 20 钢筋，L=2.0m，梅花形布置，排距 3m； 2、采用 6.5 钢筋挂网，间距 30cm30cm，喷 C15 砼 6cm 厚，以现场监理计量为准。 3.3、衬砌优化设计 针对目前已实施的支护型式，结合工程实际情况，按照复合式衬砌的受力特性，将辉家寨隧洞衬砌作以下优化设计：(1)对于在类围岩中作初期支护的部分，按照附图中的断面形式进行衬砌：衬砌厚度 30cm，分布钢筋采用 10250,受力钢筋采用 14250，详见图 4；(2)对于、类围岩无论有无初期支护
10、均按图 4 进行衬砌；(3)对于、类围岩，断面已使用管棚支护，初期支护已基本稳定，利用结构力学方法，将初期支护和二次衬砌承受荷载按比例分配后进行计算。 在计算出受力状况后，取最危险工况（即不考虑初期支护承受荷载时的类围岩情况）进行应力验算，最大拉应力出现在顶拱处，为363kN/m2，远小于 C20 混凝土的允许拉应力 937.75 kN/m2，最大压应力出现在直墙墙顶附近，为 616 kN/m2，远小于 C20 混凝土的允许压应力7692.3 kN/m2。所以，理论上在使用 30cm 厚的 C20 混凝土衬砌基础上不用配置钢筋或按构造配置即可。但是隧洞本身存在着受力复杂，不可预见因素多等因素，实际计算可能会与实际状况存在一定差异，在经济条件允许条件下，为了确保工程安全，使工程具有一定的安全富裕，取用、类围岩中衬砌的钢筋配置同类围岩如图 5 所示，配置单层直径14mm 间距 20cm 的钢筋。 图 4 、类围岩衬砌型式图 图 5 、类围岩衬砌型式图 4、结束语 目前水利工程隧洞设计还有很多技术难点未得到解决，但随着水利隧洞工程设计水平的提高和各项施工技艺的完善，隧洞工程将得到越来越广泛的应用。 参考文献： 1汪银宝，水工隧洞混凝土施工质量控制措施分析J。中国新技术新产品，2009。 2 SDJ5785，水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范S。
