靖會(huì)工程甘溝干渠隧洞改擴(kuò)建方案比選設(shè)計(jì)

[摘要] 甘肅省白銀市靖會(huì)電力提灌工程位于靖遠(yuǎn)縣南部、會(huì)寧縣北部，該工程現(xiàn)有總干渠一條，干渠5條。甘溝干渠是靖會(huì)工程的五條干渠之一，從靖會(huì)工程峽門干渠末端取水，設(shè)6級(jí)泵站提水至?xí)�寧縣城，渠道全長45.79km。為解決會(huì)寧縣城嚴(yán)重缺水問題，需對(duì)甘溝干渠進(jìn)行改擴(kuò)建，加大供水能力。改建任務(wù)中17座隧洞改擴(kuò)建為主要內(nèi)容。甘溝干渠改擴(kuò)建工程可行性研究設(shè)計(jì)過程中擬定了兩種改建方案，即原隧洞改擴(kuò)建方案和并隧洞方案。

[關(guān)鍵詞] 甘溝干渠；改擴(kuò)建方案；隧洞改擴(kuò)建；改擴(kuò)建設(shè)計(jì)

[abstract] BaiYinShi jing gansu province will power project is located in southern JingYuanXian mineralized, HuiNingXian north, this project has a total flows, the main article 5. Kennedy is the main channel of the article will project the jing one of five main, from jing will end the main gate gorge project to water, a level 6 pump station carry water to huining county, channel is a 45.79 km. To solve the problem of serious huining county, need to be expanded to ditch the main gump, increase water supply capacity. 17 a tunnel in reconstruction task expansion as the main content. Kennedy ditch the main reconstruction projects feasibility study, design process draws up the two rebuilding scheme, where the original tunnel reconstruction programme and and tunnel scheme.

[keywords] Kennedy ditch the main; The reconstruction programme; Expansion of tunnel; Expansion design

1概述

甘肅省白銀市靖會(huì)電力提灌工程位于靖遠(yuǎn)縣南部、會(huì)寧縣北部，于1971年11月開工建設(shè)，1973年8月建成通水。該工程從靖遠(yuǎn)縣城西約2km的黃河右岸取水，提水級(jí)數(shù)17級(jí)，設(shè)計(jì)流量12m3/s，年提水量1.232億m3，總提水高度529m，設(shè)計(jì)灌溉面積30.42萬畝。灌區(qū)現(xiàn)有總干渠一條，長57.2km，干渠5條（三場塬干渠、白草塬干渠、關(guān)川干渠、峽門干渠、甘溝干渠），總長121.6km。甘溝干渠是靖會(huì)工程的五條干渠之一，從靖會(huì)工程峽門干渠末端取水，設(shè)6級(jí)泵站提水至?xí)�寧縣城，渠道全長45.79km。該干渠原設(shè)計(jì)流量1.5 m3/s，控制灌溉祖厲河川甘溝段川臺(tái)地面積3.3萬畝、城區(qū)水庫1座、人飲水庫1座，年供水量900萬m3。

為解決會(huì)寧縣城嚴(yán)重缺水問題，對(duì)該工程進(jìn)行擴(kuò)大供水規(guī)模設(shè)計(jì)。甘溝干渠改擴(kuò)建工程渠線總長45.79km，渠首設(shè)計(jì)流量為2.03 m3/s，加大流量為2.24 m3/s，實(shí)灌面積3.3萬畝，供水任務(wù)主要是灌溉和會(huì)寧縣城及沿線村鎮(zhèn)供水。本次改擴(kuò)建內(nèi)容有明渠（暗渠）長30.37 km；隧洞27座，均為城門洞型，總長11.54km，其中有17座隧洞需改建；改建倒虹吸9座，總長1.66km；渡槽5座，總長433.82m；座槽6座，總長625.72m；泵站6座，設(shè)計(jì)總揚(yáng)程145.78m；其他主要建筑物有163座。17座隧洞改擴(kuò)建為關(guān)鍵內(nèi)容。

2隧洞改擴(kuò)建方案比選

甘溝干渠工程區(qū)地處隴西黃土高原東北部，東靠屈吳山，南面為華家?guī)X。海拔高程1550～2400m，相對(duì)高差50～200m，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，地形破碎。粱峁與溝壑相間，黃土廣布，總體呈黃土梁峁地貌景觀。地勢總的趨勢為東南高西北低。甘溝干渠改擴(kuò)建工程沿線共有27座隧洞，總長11.54km，隧洞斷面均為城門洞形。本次改擴(kuò)建可研設(shè)計(jì)擬定了兩種改建方案，即原隧洞改擴(kuò)建方案和并隧洞方案。

2.1隧洞工程現(xiàn)狀分析

甘溝干渠1#～26#隧洞側(cè)墻為砼預(yù)制塊襯砌，頂拱為鋼筋砼預(yù)制件襯砌，隧洞底板均為現(xiàn)澆砼襯砌。27#隧洞側(cè)墻洞身段為砼預(yù)制塊襯砌，水泥砂漿抹面，進(jìn)出口加強(qiáng)段側(cè)墻為現(xiàn)澆砼襯砌，頂拱為鋼筋砼預(yù)制件襯砌，底板均為現(xiàn)澆砼襯砌。隧洞底寬1.0～1.4m，其中1#～16#隧洞底寬為1.4m，17#～26#隧洞底寬為

1.2m，27#隧洞底寬為1.0m；隧洞側(cè)墻高1#～26#為1.35m，27#隧洞側(cè)墻高為

1.1m；1#～9#隧洞頂拱半徑為0.69m，頂拱圓心角為121°，10#～16#隧洞頂拱半徑為0.77m，頂拱圓心角為131°，17#～26#隧洞頂拱半徑為0.63m，頂拱圓心角為125°，27#王嘴隧洞頂拱半徑為0.5m，頂拱圓心角為180°。部分隧洞底板及側(cè)墻有縱向或橫向裂縫，頂拱砼預(yù)制件出現(xiàn)掉快、缺失等現(xiàn)象。隧洞經(jīng)最大過流能力復(fù)核計(jì)算，4#、6#、18#、19#、21#～27#均能滿足本次設(shè)計(jì)過流要求，但4#洞底板沖刷嚴(yán)重，進(jìn)出口凍脹開裂，有數(shù)條縱橫向裂縫，頂拱破損部分?jǐn)嗔�，�?#洞和其余不滿足本次設(shè)計(jì)過流要求的隧洞共計(jì)17座需改建或拆除重建。

2.2隧洞改擴(kuò)建方案比選

⑴ 地形、地質(zhì)條件

甘溝干渠隧洞進(jìn)出口均布置在“V”字型沖溝兩側(cè)及Ⅲ級(jí)階地前緣斜坡，除12#隧洞出口為巖土混合邊坡外，其余隧洞進(jìn)出口均為土質(zhì)邊坡，現(xiàn)狀隧洞洞口多為人工開挖邊坡，坡度較陡，一般在60～70º之間，地形較完整，基本無不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定。

甘溝干渠隧洞為城門洞型，預(yù)制混凝土襯砌，已運(yùn)行三十余年，除4#隧洞由于濕陷變形破壞影響正常運(yùn)行外，其余各隧洞無變形破壞現(xiàn)象，運(yùn)行良好。甘溝干渠共有隧洞27座，除2#隧洞、5#隧洞及12#隧洞圍巖巖性為上第三系砂質(zhì)泥巖、砂巖及含礫砂巖，4#隧洞洞身段圍巖巖性為的delQ3滑坡堆積黃土，27#隧洞出口段，圍巖巖性為plQ41粉質(zhì)壤土之外，其余各隧洞洞身圍巖巖性均為 plQ31中～重粉質(zhì)壤土和plQ2離石黃土。根據(jù)成因及時(shí)代，分為上第三系基巖洞段、plQ2離石黃土洞段、plQ31中～重粉質(zhì)壤土洞段、delQ3黃土滑坡洞段及plQ41粉質(zhì)壤土洞段。

⑵ 隧洞改擴(kuò)建方案比選

考慮工程區(qū)地形、地質(zhì)以及上下游渠道建筑物銜接的實(shí)際情況，隧洞改擴(kuò)建擬定了兩種方案，即原隧洞改擴(kuò)建方案和并隧洞方案。方案比較見表1。

表1 隧洞改擴(kuò)建方案比較表

由隧洞改擴(kuò)建方案比較表可看出，并隧洞方案工程投資大，選線難度大，多數(shù)隧洞無并洞條件，綜合兩方案優(yōu)缺點(diǎn)，本次改擴(kuò)建設(shè)計(jì)推薦原隧洞擴(kuò)建方案。

3隧洞改擴(kuò)建設(shè)計(jì)

隧洞改擴(kuò)建共計(jì)17座，其中12座隧洞需拆除襯砌擴(kuò)建，總長4.13km，分別為1#～5#、7#、10#～12#、15#、17#和20#隧洞，5座隧洞經(jīng)加固減糙處理后可滿足本次設(shè)計(jì)過流要求，不需拆除重建，總長2.46km，分別為8#、9#、13#、14#和16#隧洞。

改建隧洞圍巖類型有基巖、黃土和粉質(zhì)壤土三種類型，其中2#、5#以及12#隧洞部分洞段圍巖有基巖，其他隧洞均為黃土或粉質(zhì)壤土類型。改建隧洞中，4#隧洞由于隧洞內(nèi)水外滲，導(dǎo)致地基濕陷變形20～40cm，洞內(nèi)局部有寬2～4cm裂縫，變形破壞嚴(yán)重，其他隧洞經(jīng)運(yùn)行多年，圍巖基本穩(wěn)定，無明顯變形破損現(xiàn)象，只是局部底板鼓起，有裂縫現(xiàn)象。

拆除重建隧洞的斷面形式依據(jù)所穿越的圍巖地質(zhì)條件、洞長、埋深、施工方法等確定，斷面尺寸根據(jù)水工隧洞規(guī)范要求，由隧洞的進(jìn)、出口高程和加大流量確定，對(duì)無通航低流速無壓隧洞中，若通氣條件良好，在恒定流情況下，洞內(nèi)水面線以上的空間不宜小于隧洞斷面面積的15％，凈空高度不應(yīng)小于400mm，對(duì)較長的隧洞和不襯砌或錨噴襯砌的隧洞，上述數(shù)值可適當(dāng)增加。甘溝干渠原隧洞橫斷面為城門洞（圓拱直墻）型式，經(jīng)綜合考慮工程投資以及施工工期等因素，隧洞改擴(kuò)建橫斷面原采用斷面簡單的城門洞（圓拱直墻）型式，頂拱圓心角采用180°。甘溝干渠隧洞工程橫斷面尺寸以通過加大流量時(shí)滿足上述要求控制。

拆除重建隧洞橫斷面尺寸基本為最小施工斷面，襯砌砼澆筑采用普通的人工小模板，故襯砌砼澆筑完成后迎水面不是很光滑，參考現(xiàn)有運(yùn)行隧洞工程水力學(xué)試驗(yàn)成果資料，改建隧洞設(shè)計(jì)糙率取0.015，不改建隧洞為砼預(yù)制塊襯砌，糙率取0.016。

根據(jù)圍巖類型的不同，洞內(nèi)支護(hù)及襯砌形式有所不同。支護(hù)襯砌斷面型式有兩種，即圍巖類型為黃土及粉質(zhì)壤土的Ⅰ型襯砌斷面和圍巖類型為基巖的Ⅱ型襯砌斷面。

⑴Ⅰ類襯砌斷面

Ⅰ型襯砌斷面針對(duì)圍巖類型為黃土及粉質(zhì)壤土的洞段，設(shè)計(jì)中Ⅰ型襯砌斷面均為城門洞型。Ⅰ型襯砌待開挖時(shí)視開挖情況隨即設(shè)全封閉式鋼拱架支護(hù)，鋼拱架型號(hào)為Ⅰ12工字鋼，間距為0.8～1m，鋼拱架用Φ25連接筋固定，全隧洞頂拱和側(cè)墻采用掛網(wǎng)噴C25砼一次支護(hù)，噴C25砼，厚度為100mm；二次襯砌采用現(xiàn)澆C25鋼筋砼襯砌，厚300mm，斷面尺寸：隧洞凈高為2.0m，隧洞凈寬為1.8m，頂拱圓弧半徑為0.9m，頂拱圓心角為180°，襯砌砼澆筑完成后頂拱120°范圍做回填灌漿處理，使襯砌砼與圍巖緊密結(jié)合。

⑵Ⅱ型襯砌斷面

Ⅱ型襯砌斷面針對(duì)圍巖類型為基巖的洞段，設(shè)計(jì)中Ⅱ型襯砌斷面為城門洞型。Ⅱ型襯砌斷面開挖后布設(shè)鋼拱架掛網(wǎng)噴C25砼一次支護(hù)，鋼拱架型號(hào)為Ⅰ12工字鋼，間距為0.5～0.8m，鋼拱架用Φ25連接筋固定，噴C25砼厚度為100mm；二次襯砌為現(xiàn)澆C25鋼筋砼襯砌，厚度300mm，斷面尺寸為：隧洞凈高為2.0m，隧洞凈寬為1.8m，頂拱圓弧半徑為0.9m，頂拱圓心角為180°，襯砌砼澆筑完成后頂拱120°范圍做回填灌漿處理，使襯砌砼與圍巖緊密結(jié)合。

加固減糙隧洞側(cè)墻和頂拱采用掛鋼絲網(wǎng)M40水泥砂漿抹面處理方案，底板進(jìn)行面層鑿毛，清理干凈后用M40水泥砂漿抹面，砂漿厚度控制在20mm左右。

4結(jié)語

甘溝干渠改擴(kuò)建工程隧洞改擴(kuò)建最終選擇原隧洞改擴(kuò)建方案，該方案不需征地移民、工程量小、施工期短且節(jié)約工程投資。盡快完成甘溝干渠隧洞改擴(kuò)建，使靖會(huì)灌區(qū)甘溝干渠改擴(kuò)建工程盡快達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，解決會(huì)寧縣城嚴(yán)重缺水問題，加速城鎮(zhèn)化進(jìn)程，加快社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，促進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)定。

［參考文獻(xiàn)］

GB 50288－99，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，中華人民共和國建設(shè)部，1999。

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SL 191－2008，水工砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］，中華人民共和國水利部，2008。