兩河村水電站無(wú)壓隧洞設(shè)計(jì)方案優(yōu)化淺析

趙杰斐

（陜西省漢中市水利水電建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，陜西漢中723000）

兩河村水電站無(wú)壓隧洞設(shè)計(jì)方案優(yōu)化淺析

趙杰斐

（陜西省漢中市水利水電建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，陜西漢中723000）

兩河村小型水電站無(wú)壓隧洞的原設(shè)計(jì)方案中隧洞的施工存在工作面少，工期長(zhǎng)，防洪壓力大等問(wèn)題，引水隧洞的施工工期成為影響電站能否早日發(fā)揮效益的最大因素。針對(duì)此問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際地形、地質(zhì)、洪水等情況，通過(guò)分析論證后，優(yōu)化方案中取消原設(shè)計(jì)方案中兩處溝道中的明涵，變?yōu)樗矶?，同時(shí)增加兩條支洞，通過(guò)方案優(yōu)化后，可以將隧洞施工中原來(lái)的六個(gè)工作面增加至八個(gè)工作面，同時(shí)避免了洪水的影響。同時(shí)可縮短工期及節(jié)約工程投資，為工程早日發(fā)揮效益提供保障。

無(wú)壓隧洞；設(shè)計(jì)方案；優(yōu)化

1 工程概況

兩河村小型水電站為徑流引水式電站，主要由低壩引水樞紐、輸水隧洞、壓力前池、壓力管道和電站廠房等建筑物組成[1]。

擋水壩采用WES曲線實(shí)用堰，全斷面溢流，壩頂長(zhǎng)度66 m，最大高度9 m。電站進(jìn)水口布設(shè)于河道左岸，渠首設(shè)進(jìn)水閘一孔，孔口尺寸4 m×2 m（寬×高）、沖沙閘兩孔，孔口尺寸3 m×3 m(寬×高)。電站設(shè)計(jì)水頭60.0 m，設(shè)計(jì)引水流量11 m3/s，電站裝機(jī)5000 kW，輸水隧洞線路長(zhǎng)5380 m（含明涵），隧洞采用城門洞形斷面，為無(wú)壓隧洞。隧洞設(shè)計(jì)比降1/2000，斷面凈尺寸為3 m× 4.3 m（寬×高）。

2 隧洞設(shè)計(jì)方案

2.1 隧洞

電站輸水隧洞布置于河道左岸，輸水隧洞線路長(zhǎng)5380 m（含明涵），隧洞采用城門洞形斷面，為無(wú)壓隧洞。隧洞設(shè)計(jì)比降1/2000，斷面凈尺寸為3 m（寬）×4.3 m（高）?？紤]到隧洞地質(zhì)的不確定性，設(shè)計(jì)采用兩種主要襯砌形式，隧洞進(jìn)出口及不良地質(zhì)段落隧洞底板采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200 mm，側(cè)墻和拱頂采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度400 mm，拱頂襯砌后，進(jìn)行回填灌漿處理；其余隧洞斷面底板及側(cè)墻采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200 mm，拱頂采用C25細(xì)石混凝土噴護(hù)，噴護(hù)厚度80 mm。為降低外壓對(duì)隧洞襯砌斷面的影響，隧洞沿線拱頂徑向均布置φ50 mm排水孔。隧洞施工采用鉆爆法施工。

1號(hào)隧洞樁號(hào)0+000~0+980，長(zhǎng)980 m，為便于施工，增加工作面，根據(jù)地形條件，在樁號(hào)0+980處，設(shè)計(jì)有1號(hào)支洞，同時(shí)為便于出渣和排煙，支洞斷面尺寸與主洞斷面尺寸相同，工程結(jié)束后將支洞進(jìn)行封堵。

2號(hào)隧洞樁號(hào)0+980~2+930，長(zhǎng)1950 m，樁號(hào)2+930處為一條小溝道，常年有水，此處設(shè)計(jì)為1號(hào)明涵，明涵長(zhǎng)度為60 m，明涵采用C25鋼筋混凝土箱涵，斷面凈尺寸為3（寬）m×4.3（高）m。

3號(hào)隧洞樁號(hào)2+930～4+140，長(zhǎng)1210m，樁號(hào)4+140處為一條小溝道，季節(jié)性有水，此處設(shè)計(jì)為2號(hào)明涵，明涵長(zhǎng)度為80 m，明涵亦采用C25鋼筋混凝土箱涵，斷面凈尺寸為3（寬）m ×4.3（高）m。

4號(hào)隧洞樁號(hào)4+140~5+380，長(zhǎng)1240 m，樁號(hào)5+380處接入前池。

2.2 明涵

1號(hào)明涵位于樁號(hào)2+930處，溝道內(nèi)常年有水，設(shè)計(jì)此處為隧洞施工時(shí)的一個(gè)進(jìn)口工作面，為保證隧洞常年能夠施工，需要做施工導(dǎo)流，根據(jù)地形條件及溝道洪水計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)在溝道內(nèi)修建M7.5漿砌石圍堰，漿砌石基礎(chǔ)坐落于基巖上，圍堰長(zhǎng)62.5 m、高度為4.5 m，頂寬1.0 m，臨水側(cè)坡比為1∶0.25，背水側(cè)鉛直[2]。

2號(hào)明涵位于樁號(hào)4+140處，季節(jié)性有水，設(shè)計(jì)此處亦為隧洞施工時(shí)的一個(gè)進(jìn)口工作面，為保證隧洞常年能夠施工，此處亦需要做施工導(dǎo)流，根據(jù)地形條件及溝道洪水計(jì)算調(diào)查結(jié)果，設(shè)計(jì)在溝道內(nèi)修建M7.5漿砌石圍堰，漿砌石基礎(chǔ)坐落于基巖上，圍堰長(zhǎng)35.2 m、高度為3.0 m，頂寬0.8 m，臨水側(cè)坡比為1∶0.25，背水側(cè)鉛直[2]。

明涵施工采用土石方明挖進(jìn)行施工，完成后進(jìn)行回填，恢復(fù)溝道地形原貌。

3 存在問(wèn)題

該水電站為低壩徑流引水式電站，輸水隧洞線路較長(zhǎng)，因此，引水隧洞的施工工期就成為影響電站能否早日發(fā)揮效益的最大因素。

受地形條件影響，隧洞采用鉆爆法施工，同時(shí)受工作面限制，出渣和通風(fēng)排煙困難較大，工期得不到保障。為了縮短隧洞施工工期，隧洞施工需盡可能可采用多個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行施工，按照此設(shè)計(jì)方案，考慮到汛期洪水的影響，共有六個(gè)工作面可以常年進(jìn)行施工。但是，汛期雖然有圍堰進(jìn)行施工導(dǎo)流，在汛期施工時(shí)，亦存在著一定的不安全因素，影響著隧洞施工安全。

明涵施工需等隧洞施工基本結(jié)束時(shí)方可進(jìn)行，同時(shí)由于受洪水影響，導(dǎo)流難度較大，需安排在枯水期施工，因此，明涵施工極大的限制了工期安排計(jì)劃，直接影響著工程進(jìn)度。

為了保證施工安全，同時(shí)加快施工進(jìn)度，根據(jù)地形、地質(zhì)、洪水等實(shí)際情況，需要對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

4 方案優(yōu)化

4.1 優(yōu)化思路

針對(duì)原設(shè)計(jì)方案中工期較長(zhǎng)和施工時(shí)受洪水的影響的兩個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)方案優(yōu)化時(shí)，重點(diǎn)對(duì)其解決。

為縮短隧洞施工工期，經(jīng)過(guò)對(duì)地形、地質(zhì)、洪水等實(shí)際情況的認(rèn)真研究和反復(fù)論證，將1號(hào)明涵與2號(hào)明涵處原各一個(gè)工作面變?yōu)楦鲀蓚€(gè)工作面，即將原設(shè)計(jì)的六個(gè)工作面增加至八個(gè)工作面。

為了減小洪水的影響，取消原設(shè)計(jì)中在溝道處的明涵，變?yōu)樗矶?，在溝道中不出現(xiàn)土石方明挖，即可避免施工時(shí)洪水的影響。

4.2 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

依據(jù)優(yōu)化思路，設(shè)計(jì)考慮取消原設(shè)計(jì)的1號(hào)明涵與2號(hào)明涵，同時(shí)在1號(hào)明涵與2號(hào)明涵溝道附近各增加一條支洞。

2號(hào)支洞設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果及地形條件，原設(shè)計(jì)的1號(hào)明涵在穿越溝道時(shí)，此處巖體最小覆蓋厚度為3.2 m，溝道內(nèi)基巖裸露，巖性為大理巖夾千枚巖，裂隙不發(fā)育，圍巖比較穩(wěn)定，圍巖類別為Ⅱ類，圍巖堅(jiān)固系數(shù)（f）為6~8，成洞條件較好，優(yōu)化后設(shè)計(jì)2號(hào)支洞位于原設(shè)計(jì)的1號(hào)明涵溝道內(nèi)靠近主洞上游側(cè)，樁號(hào)2+900，支洞長(zhǎng)65 m，支洞斷面尺寸與主洞斷面尺寸相同，即斷面凈尺寸為3（寬）m×4.3（高）m。工程結(jié)束后進(jìn)行封堵。調(diào)整后，主洞穿越溝道施工時(shí)，宜邊開(kāi)挖邊支護(hù)，為保證后期此段隧洞使用的安全，主洞穿越溝道段急時(shí)襯砌，襯砌方式同原主洞全斷面襯砌設(shè)計(jì)方案[2]即底板采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200 mm，側(cè)墻和拱頂采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度400 mm，拱頂襯砌后，進(jìn)行回填灌漿處理。

3號(hào)支洞設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果及地形條件，原設(shè)計(jì)的2號(hào)明涵在穿越溝道時(shí)，此處巖體最小覆蓋厚度為4.5 m，溝道內(nèi)基巖裸露，巖性為微風(fēng)化~新鮮的結(jié)晶灰?guī)r，巖層結(jié)構(gòu)面緊密，裂隙多閉合，巖塊致密堅(jiān)硬，該段圍巖總體基本穩(wěn)定，圍巖類別為Ⅱ類，圍巖堅(jiān)固系數(shù)（f）為8，成洞條件較好，優(yōu)化后設(shè)計(jì)3號(hào)支洞位于原設(shè)計(jì)的2號(hào)明涵溝道內(nèi)靠近主洞下游側(cè)，樁號(hào)4+200，支洞長(zhǎng)86 m，支洞斷面尺寸與主洞斷面尺寸相同，即斷面凈尺寸為3（寬）m×4.3（高）m。工程結(jié)束后進(jìn)行封堵。調(diào)整后，主洞穿越溝道施工時(shí)，亦邊開(kāi)挖邊支護(hù)，為保證后期此段隧洞使用的安全，主洞穿越溝道段急時(shí)襯砌，襯砌方式同原主洞全斷面襯砌設(shè)計(jì)方案[3]。

5 優(yōu)化后方案的可行性

對(duì)優(yōu)化的方案與原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化后的方案，取消了明涵的施工，減少了土石方明挖的工程量，減少了對(duì)植被的破壞，減少了水土流失，減少了溝道施工導(dǎo)流設(shè)施，減少了溝道洪水對(duì)隧洞施工的干擾和安全隱患，保證了隧洞施工的安全性，同時(shí)增加了隧洞施工的工作面，可以縮短隧洞施工工期。優(yōu)化后的方案中增加了支洞，表面上工程費(fèi)用有一定的增加，但經(jīng)過(guò)與原方案比較，取消的明涵施工，減少的土石方開(kāi)挖，減少溝道臨時(shí)施工導(dǎo)流等的費(fèi)用與之相比較，相差不大，同時(shí)又可以保證隧洞全年施工，且不用再受溝道洪水的侵?jǐn)_，又可以縮短工期，優(yōu)勢(shì)比較明顯，優(yōu)化后的方案切實(shí)可行。

6 結(jié)語(yǔ)

由于受地形條件的限制，本電站的輸水隧洞均較長(zhǎng)（980 m~1950 m），隧洞的施工工期直接影響著電站的發(fā)電效益，因此，需要盡可能縮短隧洞施工工期。本文通過(guò)對(duì)隧洞原設(shè)計(jì)方案從地形、地質(zhì)、洪水影響、工期安排、造價(jià)等綜合因素分析研究后，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)分析了其可行性。后期通過(guò)科學(xué)管理，合理安排施工，工程付諸實(shí)施后，能高效、安全、經(jīng)濟(jì)和成功的實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，爭(zhēng)取電站盡早投入運(yùn)行，早日發(fā)揮效益。

［1］GB 50071-2014，小型水力發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［2］SL 379-2007,水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［3］SL 279-2016水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

TV672.1

B

1673-9000（2017）03-0087-02

2017-04-10

趙杰斐（1979-），男，陜西乾縣人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。