輸水隧洞在城市供水中的應(yīng)用

楊成勝

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002）

1 工程概況

貴陽(yáng)市花溪水庫(kù)至南郊水廠(chǎng)、中曹水廠(chǎng)輸水工程是以輸水為主的中型水利工程，主要向貴陽(yáng)市南郊水廠(chǎng)以及貴陽(yáng)市中曹水廠(chǎng)輸水。主要由花南輸水工程、花中輸水工程組成，總輸水量為10168 萬(wàn)m3/a（現(xiàn)狀）和13073 萬(wàn)m3/a（遠(yuǎn)期），其中向南郊水廠(chǎng)輸水5810 萬(wàn)m3/a（現(xiàn)狀）和7263 萬(wàn)m3/a（遠(yuǎn)期），向中曹水廠(chǎng)輸水4358 萬(wàn)m3/a（現(xiàn)狀）和5810 萬(wàn)m3/a（遠(yuǎn)期）。

工程為Ⅲ等工程，輸水總流量為4.716 m3/s（現(xiàn)狀）和5.369 萬(wàn)m3/s（遠(yuǎn)期），取水口、輸水隧洞、輸水管道、輸水管橋、提水泵站均為3 級(jí)建筑物。

2 輸水方案選擇

2.1 輸水隧洞方案

輸水隧洞方案取水點(diǎn)設(shè)置在花溪水庫(kù)大壩上游1 km 凹灣處，后接花溪輸水隧洞向北布置，沿途穿越石板鎮(zhèn)及金竹鎮(zhèn)規(guī)劃道路，在金竹立交處設(shè)置分水口，一支接南郊水廠(chǎng)方向?yàn)榛纤矶矗恢Ы又胁芩畯S(chǎng)方向?yàn)榛ㄖ兴矶础?/p>

花溪輸水隧洞起點(diǎn)為花溪水庫(kù)庫(kù)內(nèi)取水口，隧洞方向應(yīng)盡量向輸水終點(diǎn)南郊水廠(chǎng)及中曹水廠(chǎng)方向布置?；ㄏ斔矶床贾檬芟拗埔蛩剌^多，線(xiàn)路布置應(yīng)考慮盡量避免穿越密集程度較大高層建筑物區(qū)、與擬建的S1#軌道線(xiàn)選擇合適的相交點(diǎn)、以及避開(kāi)阿哈水庫(kù)飲用水源保護(hù)區(qū)域等。輸水隧洞線(xiàn)路布置時(shí)，應(yīng)盡量考慮避開(kāi)高層建筑、地下建筑設(shè)施如地鐵等，以及地上覆著物如鐵路、高速公路及城市道路等的隧洞埋深亦達(dá)到安全要求，并盡量沿已建或規(guī)劃道路布置。

花溪輸水隧洞需經(jīng)過(guò)貴昆鐵路、貴陽(yáng)市地鐵S1#線(xiàn)（規(guī)劃）、繞城高速、城市道路甲秀南路及南二環(huán)等，隧洞總長(zhǎng)12 km，其中花溪輸水隧洞長(zhǎng)8.17 km，花南輸水隧洞長(zhǎng)3.03 km，花中輸水隧洞長(zhǎng)0.8 km，隧洞埋深22 m～93 m，隧洞頂板距輕軌底板距離約24.5 m。隧洞穿越T1a 淺灰色薄至中厚層白云巖，位于微風(fēng)化巖體中，巖層產(chǎn)狀為68°～75°∠50°～60°，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部巖體穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象，且隧洞位于地下水位以下，巖溶發(fā)育，可能存在溶洞或溶蝕破碎帶，雨季施工可能存在涌水突泥現(xiàn)象。

2.2 輸水管道方案

在花溪水庫(kù)內(nèi)設(shè)置泵站，提水至大壩左岸高位水池，底板高程為1200 m，再通過(guò)管道有壓自流的方式直接進(jìn)入南郊水廠(chǎng)，輸水管線(xiàn)長(zhǎng)14.02 km，采用1 根D=1800 mm 輸水管管線(xiàn)布置方式：花溪水庫(kù)→花溪水庫(kù)左岸泵站→花溪水庫(kù)左岸高位水池→順石板井村鄉(xiāng)道→花石路→甲秀南路→下壩隧道處→沿山坡至南郊水廠(chǎng)沉淀池前進(jìn)水管。

根據(jù)管道在甲秀南路埋設(shè)的位置，可分為3 種布置方案：沿甲秀南路快車(chē)道布置管道；沿甲秀南路人行道布置管道；沿甲秀南路道人行道外側(cè)布置管道。

（1）沿甲秀南路快車(chē)道布置管道

甲秀南路中央隔離帶布置有煤氣管、給水管、綜合管，慢車(chē)道布置有雨水管、污水管、電力管等，為避免對(duì)已有管道的影響，在快車(chē)道埋設(shè)輸水管道。同時(shí)考慮施工期間對(duì)甲秀南路交通的影響，在道路沿線(xiàn)回填路段，路基為碾壓回填土石方，采用鋼板樁強(qiáng)支護(hù)的形式，保證管槽開(kāi)口寬度最小；在沿線(xiàn)道路開(kāi)挖路段，路基為基巖，采用垂直開(kāi)挖的形式。管槽開(kāi)挖寬度為：管道直徑1.8 m，兩側(cè)預(yù)留管道安裝寬度0.6 m，開(kāi)挖寬度3.0 m。

圖1 沿甲秀南路快車(chē)道布置管道斷面圖

（2）沿甲秀南路人行道布置管道

為避免管線(xiàn)的施工對(duì)行車(chē)道交通的影響，輸水管道布置在人行道，按照甲秀南路管綜布置設(shè)計(jì)圖，在人行道下僅布置有一條電力電纜，輸水管線(xiàn)在人行道埋設(shè)，需要對(duì)電力電纜進(jìn)行改線(xiàn)。但經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，甲秀南路人行道下為鋼筋混凝土綜合管廊，管廊寬2.5 m，深1.5 m，里面布置有3 條10 kV 電力電纜，3 條通訊光纜，1 條警用光纜，局部路段還布置中壓煤氣管道。經(jīng)分析，在人行道下埋設(shè)管道的方案需對(duì)現(xiàn)有管囊進(jìn)行開(kāi)挖及修復(fù)，施工難度及工程投資極大。

圖2 沿甲秀南路人行道布置管道斷面圖

（3）沿甲秀南路道人行道外側(cè)布置管道

為避免輸水管線(xiàn)對(duì)甲秀南路交通及已埋設(shè)管線(xiàn)的影響，將管道布置于人行道外側(cè)。經(jīng)沿線(xiàn)踏勘，僅有局部路段具備人行道外側(cè)埋設(shè)管道的條件，其中貴州大學(xué)蓋板段、貴大安置房對(duì)面加油站路段、甲秀南路連接花溪大道路段、中鐵生態(tài)城路段、碧桂園貴陽(yáng)1 號(hào)路段、金竹立交橋路段、中壩公租房小區(qū)路段、下壩立交橋至下壩隧洞段由于建筑物緊挨甲秀南路或兩側(cè)地形影響，均無(wú)法在人行道外側(cè)布置管道，因此在人行道外側(cè)布置管道方案將對(duì)現(xiàn)有已建設(shè)完成的綠化帶及沿線(xiàn)建筑物進(jìn)行改造，施工難度及工程投資極大，并且不可估計(jì)的因素較多。

圖3 沿甲秀南路人行道外側(cè)布置管道斷面圖

綜上比選，管線(xiàn)沿甲秀南路布置輸水管道，布置在快車(chē)道位置，該方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

方案優(yōu)點(diǎn)：（1）管道埋設(shè)沿線(xiàn)干擾建筑相對(duì)單一。在甲秀南路路面下埋設(shè)輸水管道，所涉及的建筑有甲秀南路以及沿途交叉建筑物，該建筑物屬于交通部門(mén)管轄，對(duì)管道的埋設(shè)方案及影響便于溝通協(xié)調(diào)。（2）征地面較小。該方案征地面積為浮船泵站至高位水池、高位水池到石板村鄉(xiāng)道以及甲秀南路至南郊水廠(chǎng)沿線(xiàn)的臨時(shí)征地，征地面積0.027 km2。

方案缺點(diǎn)：在甲秀南路占用快車(chē)道進(jìn)行管道的鋪設(shè)，將對(duì)甲秀南路的交通造成一定的壓力。

2.3 工程投資

輸水隧洞方案工程投資包括取水口、輸水隧洞、出口暗涵、提水泵站及提水管道、施工臨時(shí)措施及工程建設(shè)其他費(fèi)用等，總投資約5.0 億元。

輸水管道方案工程投資包括提水泵站及提水管道、輸水管道、施工臨時(shí)措施及工程建設(shè)其他費(fèi)用等，總投資約4.56 億元。

2.4 輸水方案選定

輸水管道方案布置在甲秀南路上，該道路為貴陽(yáng)市市內(nèi)主干道，交通繁忙，施工期風(fēng)險(xiǎn)因素較多。輸水隧洞方案施工占地較小，與地表建筑物干擾小，隧洞穿越T1a 淺灰色薄至中厚層白云巖，位于微風(fēng)化巖體中，隧洞施工條件較好。從工程投資上考慮，輸水隧洞方案較輸水管道方案高約0.3 億元，但輸水管道施工不可控因素較多，因此，選定輸水隧洞為本項(xiàng)目的主推方案。

3 輸水隧洞施工方案

3.1 隧洞開(kāi)挖

輸水隧洞為圓洞型，考慮出渣運(yùn)輸方便，開(kāi)挖斷面尺寸為4.0 m×4.0 m，襯后斷面為圓形隧洞，尺寸R=3.0 m，襯砌厚度0.5 m。由于項(xiàng)目位于貴陽(yáng)市市域內(nèi)，地表附屬物多且復(fù)雜，不宜采用爆破法施工，隧洞采用XTR4/230 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的施工方案。

根據(jù)花南輸水隧洞線(xiàn)路布置，花南引水隧洞分別在花溪洞0+100.00、花溪洞2+920.00、花溪洞5+940.00、花溪洞8+055.00及花南洞2+420.00 處分別布置1 條施工支洞，除花溪洞0+100.00 處施工支洞為平洞外，其余施工支洞均為豎井。隧洞開(kāi)挖時(shí)，擬從各施工支洞及隧洞進(jìn)出口采用XTR4/230 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖，豎井支洞處洞挖石方采用小型拖拉機(jī)運(yùn)輸至至豎井底部的吊罐，龍門(mén)吊提升至洞口卸入15t 自卸汽車(chē)運(yùn)輸出渣；其余洞內(nèi)采用小型拖拉機(jī)運(yùn)輸至洞口集渣平臺(tái)，1.0 m3挖掘機(jī)裝15 t 自卸汽車(chē)運(yùn)輸出渣。

3.2 隧洞支護(hù)及襯砌

隧洞一次支護(hù)包括噴混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)及鋼拱架等，噴射混凝土采用“干噴法”，噴混凝土層厚10 cm，噴混凝土壓氣一般為200 kPa～390 kPa，壓送距離不宜過(guò)大，宜為40 m 范圍內(nèi)，水壓一般為980 kPa，為減少?lài)娚溥^(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大粉塵，在噴射混凝土拌合料中摻入一定量的粉塵減小劑。錨桿采用風(fēng)鉆鉆孔，錨桿孔徑42 mm，每根錨桿均施加10 t～12 t 拉拔力。鋼筋網(wǎng)采用Φ6 鋼筋加工成100 mm×100 mm 的長(zhǎng)寬分別為2 m、1 m 的網(wǎng)片，主要用于軟弱圍堰洞段的頂拱和側(cè)墻部位，提高噴射混凝土與圍巖間的結(jié)合，防止圍巖剝落。鋼拱架采用I14號(hào)工字鋼制作，鋼拱架與錨桿焊接，并設(shè)置橫向連接筋，然后噴混凝土，使鋼拱架與隧洞圍巖形成整體受力。

隧洞混凝土二次襯砌在隧洞貫通后進(jìn)行，混凝土由商品混凝土拌和站拌制，并由混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)將商品混凝土運(yùn)至施工支洞口附近，引水隧洞洞內(nèi)底板襯砌混凝土采用小型拖拉機(jī)運(yùn)輸至襯砌工作面附近，由皮帶機(jī)輸送至HBT60 型泵倉(cāng)，泵送入倉(cāng)，側(cè)墻及頂板襯砌混凝土采用電瓶車(chē)牽引有軌礦車(chē)運(yùn)輸至襯砌工作面附近，由皮帶機(jī)輸送至HBT60 型泵倉(cāng)，泵送入倉(cāng)，振搗棒振搗密實(shí)。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目為市內(nèi)輸水工程，引水流量較大，市區(qū)內(nèi)地表及地下建筑物較多且復(fù)雜，利用輸水隧洞引水能降低對(duì)相關(guān)建筑物的干擾，以及能減少對(duì)市內(nèi)生態(tài)、環(huán)境的破壞。

長(zhǎng)距離輸水隧洞施工方法有爆破法、TBM、懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖等，爆破法對(duì)周?chē)ㄖ绊戄^大，施工進(jìn)尺較慢，在市區(qū)內(nèi)不宜采用。TBM 施工較快，月進(jìn)尺約1000 m，對(duì)周?chē)ㄖ绊懶?，施工安全，但施工投資較大，施工準(zhǔn)備期較長(zhǎng)，對(duì)于無(wú)施工支洞布置條件或埋深大的長(zhǎng)隧洞較適宜。懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工速度較快，月進(jìn)尺約600 m～800 m，施工投資較高，對(duì)周?chē)ㄖ绊懶。┕?zhǔn)備期短，適宜于隧洞短或具備施工支洞布置條件的長(zhǎng)隧洞，且不宜爆破施工的隧洞。本項(xiàng)目位于市區(qū)內(nèi)，且工期要求緊，輸水隧洞采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的施工方法。