掌鳩河引水供水工程過(guò)普渡河大斷裂措施研究與設(shè)計(jì)

楊 禧

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)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(yōu)質(zhì)水源輸送到昆明市。該工程引水線路全長(zhǎng)97.7 km，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，區(qū)域內(nèi)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(xù)向南延伸，經(jīng)昆明、滇池、玉溪盆地西緣，止于峨山縣附近，全長(zhǎng)近300 km。該斷裂帶由數(shù)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(gòu)造角礫巖、破裂巖、糜棱巖、斷層泥等組成。根據(jù)云南省地震局勘察工作成果可知：普渡河斷裂帶區(qū)域內(nèi)若發(fā)生小于6.5級(jí)的地震，地表不會(huì)發(fā)生錯(cuò)移；若發(fā)生大于6.5級(jí)的地震，地表將發(fā)生不大于50 mm的錯(cuò)移；極端情況下最大錯(cuò)移不超過(guò)200 mm。

1 過(guò)大斷裂帶措施研究

普渡河大斷裂帶影響范圍廣（全長(zhǎng)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(nèi)。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(yīng)一定的變位，經(jīng)調(diào)研可知，過(guò)大斷裂帶處理措施設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)尚無(wú)相應(yīng)規(guī)程規(guī)范可執(zhí)行，也無(wú)類似的工程經(jīng)驗(yàn)可借鑒?？紤]到掌鳩河引水供水工程的重要性，根據(jù)該地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)資料，經(jīng)過(guò)慎重調(diào)查研究及設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了如下設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方案。

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定

1.1.1 正常設(shè)計(jì)工況

由于普渡河大斷裂帶處于地震高發(fā)地區(qū)，引水工程正常運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生大于6.5級(jí)地震的情況較為頻繁，故所采取的措施應(yīng)能使輸水建筑物滿足至少50 mm的萬(wàn)向變位。該輸水工程線路長(zhǎng)，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(zhì)資料，地勘工作也很難做到系統(tǒng)、完整、準(zhǔn)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(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)確定一個(gè)安全系數(shù)。

通過(guò)查閱 《水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范》、《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》、《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》、《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》以及其他有關(guān)資料，并借鑒以往的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，綜合分析得到：正常設(shè)計(jì)工況下，根據(jù)地勘工作深度的不同，取得的地質(zhì)、水文等資料的可信度以及所選用的設(shè)計(jì)理論、方法等的不同，建筑物的安全系數(shù)一般取1.05～3.0。掌鳩河引水供水工程為國(guó)家 “九五”， “十五”計(jì)劃期間昆明市重要的生命線，考慮工程的重要性以及現(xiàn)有的地質(zhì)資料、地勘工作實(shí)際情況以及經(jīng)濟(jì)性等因素后將正常設(shè)計(jì)工況時(shí)過(guò)大斷裂帶工程措施設(shè)計(jì)的安全系數(shù)定為2.0，即輸水建筑物可適應(yīng)100 mm的萬(wàn)向總變位。

1.1.2 校核工況

校核工況下，建筑物安全系數(shù)一般取為1.0。根據(jù)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(qū)域內(nèi)即使發(fā)生極端情況，最大錯(cuò)移也不超過(guò)200 mm。因此，本工程措施校核工況的設(shè)計(jì)依據(jù)為：即使發(fā)生極端情況（最大錯(cuò)移不超過(guò)200 mm）時(shí)，也能最大限度地確保過(guò)大斷裂帶的輸水建筑物不遭受嚴(yán)重?fù)p害，一般損壞經(jīng)過(guò)短期簡(jiǎn)單修復(fù)后便能及時(shí)投入使用。

1.2 過(guò)大斷裂帶措施設(shè)計(jì)

根據(jù)所確定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算研究，明確了以下過(guò)大斷裂帶工程措施設(shè)計(jì)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(nèi)，設(shè)置長(zhǎng)450 m的洞內(nèi)明鋼管道。明鋼管道以50 m為一個(gè)設(shè)計(jì)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，在一個(gè)設(shè)計(jì)單元內(nèi)，設(shè)有一個(gè)雙向滑動(dòng)支座和一個(gè)固定球型擺動(dòng)支座，兩端各設(shè)置一個(gè)萬(wàn)向不銹鋼波紋伸縮節(jié)，以適應(yīng)正常運(yùn)行時(shí)大斷裂的變位要求。其中，雙向滑動(dòng)支座可分別適應(yīng)順管軸向以及垂直管軸向±100 mm的位移，固定球型擺動(dòng)支座可適應(yīng)0.02弧度的萬(wàn)向角變位，兩端的不銹鋼波紋伸縮節(jié)不僅能滿足鋼管順軸向、垂直管軸向以及角向所產(chǎn)生的萬(wàn)向變位，并能將前后兩個(gè)設(shè)計(jì)單元有效地連結(jié)起來(lái)；除上述作用外，兩端不銹鋼波紋伸縮節(jié)的設(shè)計(jì)考慮了能充分滿足極端情況下最大錯(cuò)移不超過(guò)200 mm時(shí)的大變位要求。

（2）措施二。在廠口隧洞內(nèi)每10 m設(shè)置一條伸縮沉降縫，分段適應(yīng)隧洞變位需要，盡量避免隧洞襯砌產(chǎn)生集中變位和破壞，并通過(guò)提高隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，確保設(shè)有洞內(nèi)明鋼管道的隧洞，在極端情況下即使斷裂帶發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，隧洞襯砌破壞也不會(huì)嚴(yán)重影響洞內(nèi)明鋼管道的正常運(yùn)行。

（3）措施三。設(shè)置專門的檢查維修支洞，并設(shè)有交通、排水、通風(fēng)等設(shè)施，以滿足快速檢查維修的要求，最大限度地縮短破壞修復(fù)的時(shí)間，將地震可能產(chǎn)生的破壞損失降到最低，確保洞內(nèi)明鋼管道的正常供水。

2 實(shí)踐驗(yàn)證及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

掌鳩河引水供水工程于2007年3月開(kāi)始試通水運(yùn)行，并于2008年3月進(jìn)行停水檢查。檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：普渡河大斷裂帶廠口隧洞洞內(nèi)明鋼管道支座出現(xiàn)了較大的變位（最大側(cè)向位移達(dá)170 mm，接近極限位移值200 mm），部分不銹鋼波紋伸縮節(jié)已接近極限工作狀態(tài)，部分支座已失去滑動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)功能，但鋼管道尚未破壞，仍然在正常供水。

據(jù)調(diào)查2007年雨季前現(xiàn)場(chǎng)工作人員多次進(jìn)洞檢查，情況基本正常。雨季期間由于水泵發(fā)生故障，洞內(nèi)積水無(wú)法及時(shí)排除，致使洞內(nèi)淹滿了水。受水浮力的作用，鋼管道支座脫離約束開(kāi)始產(chǎn)生較大變位，由于萬(wàn)向伸縮節(jié)適應(yīng)變形的能力較強(qiáng)，故鋼管道仍在大變位情況下正常工作。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查及鑒定分析，對(duì)鋼管道支座及伸縮節(jié)進(jìn)行了復(fù)位、修復(fù)或更換搶修工作，并加強(qiáng)了洞內(nèi)排水設(shè)施的配備，確保任何情況下洞內(nèi)均可排水通暢，以避免類似事故再次發(fā)生。搶修工作完成后，經(jīng)過(guò)試通水試驗(yàn)后，正式向昆明市供水，至今運(yùn)行正常。

3 結(jié)語(yǔ)

掌鳩河引水供水工程過(guò)普渡河大斷裂帶工程措施（廠口隧洞洞內(nèi)明鋼管道）的設(shè)計(jì)不僅能滿足正常情況下常規(guī)變位的要求，而且在特殊情況下即使產(chǎn)生接近極限位移值200 mm的變位，鋼管道仍能堅(jiān)持正常供水，表明所采取的措施在極限位移范圍內(nèi)所產(chǎn)生的破壞是可控、可修復(fù)的，不會(huì)嚴(yán)重影響工程的正常使用，設(shè)計(jì)是安全、經(jīng)濟(jì)、合理的，完全滿足實(shí)際工程預(yù)期要求。其經(jīng)驗(yàn)和成果可供類似工程借鑒。