秀峰水庫隧洞輸水方式選擇

劉杰 楊以亮

貴州省黔南州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 貴州 都勻 558000

正文：

一、工程概況

秀峰水庫位于貴州省黔南州獨(dú)山縣基長鎮(zhèn)，壩址距離獅然村約1.5km，距基長鎮(zhèn)約15km，距離獨(dú)山縣約32km，距都勻市約98km，交通條件較為便利。水庫徑流匯集面積6km2，總庫容259萬m3，正常蓄水位931m，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小（1）型。水庫建成后，聯(lián)合上道水廠，可解決基長鎮(zhèn)45230人（設(shè)計(jì)水平年）飲水問題及12358頭大牲畜25879頭小牲畜飲水問題，設(shè)計(jì)水平年供水量238萬m3。水庫大壩為C15砌石混凝土重力壩，最大壩高40.5m。

二、隧洞布置

秀峰水庫隧洞進(jìn)口位于大壩下游約50m處的左岸坡，出口位于打顯寨子西側(cè)山腳，進(jìn)出口大體垂直等高線布置，隧洞整體呈一直線，隧洞洞身段長2565m。本工程需要提水，隧洞為無壓隧洞，洞身采用城門洞型斷面，凈寬2.5m，凈高2.7m，頂拱中心角為120°，進(jìn)口底板高程904.8m，出口底板高程904m，隧洞底坡i=0.0003。

三、隧洞地質(zhì)條件

隧洞沿線地層為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組革老河段（C1y1）深灰、灰黑色中厚層灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥頁巖，巖性為中硬巖夾軟質(zhì)巖，隧洞最大埋深172.4m，洞身段大部分位于地下水位線以下。其中Ⅲ類圍巖段長度為768.8m，局部圍巖穩(wěn)定性差，可能產(chǎn)生塑性變形，暫時(shí)穩(wěn)定，開挖后采用噴混凝土、系統(tǒng)錨桿或剛性支護(hù)；Ⅳ類圍巖段長度為1240.4m，工程地質(zhì)條件較差，圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短，拱頂易坍落變形，時(shí)間效應(yīng)較明顯，可能產(chǎn)生較大的變形破壞，開挖后需采用噴混凝土、系統(tǒng)錨桿或剛性支護(hù)；Ⅴ類圍巖段長度為555.8m，工程地質(zhì)條件較差，圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短，拱頂易坍落變形，時(shí)間效應(yīng)較明顯，可能產(chǎn)生較大的變形破壞，開挖后需采用噴混凝土、系統(tǒng)錨桿或剛性支護(hù)。

建議圍巖參數(shù)值：Ⅲ類圍巖，γ=2.5g/cm3，K0=10MPa/cm，φ=30°，C=1.0MPa，E=0.5GPa，μ=0.35，βe=0.4；Ⅳ類圍巖,γ=2.3g/cm3，K0=5MPa/cm，φ=35°，C=0.4MPa，E=5.0GPa，μ=0.29，βe=0.3；Ⅴ類圍巖，γ=2.1g/cm3，K0=1MPa/cm，φ=30°，C=0.1MPa，E=0.5GPa，μ=0.35，βe=0.2。

四、隧洞輸水方式比選

本工程隧洞為無壓隧洞，進(jìn)口處為水池，出口接輸水管道，選擇隧洞穿管輸水和隧洞明渠流輸水兩種方案進(jìn)行比選，兩方案洞線及洞身型式一致。

1、隧洞穿管方案

隧洞穿管輸水方案Ⅲ類圍巖段底部采用0.2m厚C20混凝土找平，直墻及頂拱采用80mm厚C20噴護(hù)；Ⅳ類、Ⅴ類圍巖段采用0.3m厚C25鋼筋砼全斷面襯砌；進(jìn)口從泵站高位水池接DN400球墨鑄鐵管并沿洞線鋪設(shè)，出洞后接DN400球墨鑄鐵管輸水管線。

隧洞穿管方案洞身斷面示意圖如下：

本方案主要工程量為：土石方開挖27289 m3，洞身支護(hù)砼7361 m3，DN400球墨鑄鐵管2707m，鎮(zhèn)支墩砼640 m3。

2、隧洞明渠流方案

隧洞明渠流輸水方案Ⅲ類圍巖段底部及直墻段采用0.2m厚C20混凝土襯砌，頂拱采用80mm厚C20噴護(hù)；Ⅳ類、Ⅴ類圍巖段采用0.3m厚C25鋼筋砼全斷面襯砌，進(jìn)出口均設(shè)水池，洞身與水池直接相連，由于過流流量較小僅0.1058m3/s，洞身可視為一個(gè)調(diào)節(jié)池，出口水池后接DN350球墨鑄鐵管。

隧洞明渠流方案洞身斷面示意圖如下：

本方案主要工程量為：土石方開挖28039 m3，洞身支護(hù)砼7701 m3，水池砌筑174 m3。

3、方案比選

兩方案工程布置相差不大，由于隧洞Ⅳ類、Ⅴ類圍巖段較長，洞內(nèi)穿管方案在支護(hù)措施上節(jié)約的工程量有限，而穿管方案需在洞內(nèi)鋪設(shè)管道，由于隧洞內(nèi)空間有限，而單根DN400球墨鑄鐵管長6m，重約0.5t，施工難度較大；本隧洞長度較長，穿管方案后期運(yùn)行檢查較困難，存在洞內(nèi)缺氧等安全隱患，明渠流方案運(yùn)行期基本無需檢查；穿管方案管道長度較長，水頭損失大，管道需要選擇400mm管徑才能滿足輸水要求，而明渠流方案洞身段可視為調(diào)節(jié)池，該段水頭損失可忽略不計(jì)，管道選擇350mm管徑即可滿足輸水要求；從工程投資來看，明渠流方案投資約2319萬，洞內(nèi)穿管方案投資約2445萬，明渠流方案投資少126萬。

通過上述兩種方案對(duì)比可知，明渠流方案施工難度相對(duì)較小，運(yùn)行管理方便，管系建筑物管徑較小方便施工，工程投資較少，因此推薦隧洞明渠流輸水方案。

五、結(jié)論

在滿足輸水要求的前提下，秀峰水庫輸水隧洞采用明渠流輸水方案，能有效減少輸水工程施工難度，減少工程建設(shè)工期，縮減工程投資，方便后期運(yùn)行管理。目前秀峰水庫輸水隧洞設(shè)計(jì)采用明渠流輸水方案已通過專家審查并獲得相關(guān)部分批復(fù)。

水利工程建設(shè)對(duì)增加山區(qū)人民農(nóng)業(yè)收入水平、提升人民生活幸福感具有重要作用，在工程設(shè)計(jì)中要從各個(gè)方面詳細(xì)分析比選，才能選出合適的設(shè)計(jì)方案，讓有限的資源發(fā)揮出更大的效益。