水電站無壓隧洞設計方案分析

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［摘要］兩河村小型水電站無壓隧洞的原設計方案中隧洞的施工存在工作面少，工期長，防洪壓力大等問題，引水隧洞的施工工期成為影響電站能否早日發揮效益的最大因素。針對此問題，根據實際地形、地質、洪水等情況，通過分析論證后，優化方案中取消原設計方案中兩處溝道中的明涵，變為隧洞，同時增加兩條支洞，通過方案優化后，可以將隧洞施工中原來的六個工作面增加至八個工作面，同時避免了洪水的影響。同時可縮短工期及節約工程投資，為工程早日發揮效益提供保障。

［關鍵詞］無壓隧洞；設計方案；優化

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曲線實用堰，全斷面溢流，壩頂長度66m，最大高度9m。電站進水口布設于河道左岸，渠首設進水閘一孔，孔口尺寸4m×2m（寬×高）、沖沙閘兩孔，孔口尺寸3m×3m(寬×高)。電站設計水頭60.0m，設計引水流量11m3/s，電站裝機5000kW，輸水隧洞線路長5380m（含明涵），隧洞采用城門洞形斷面，為無壓隧洞。隧洞設計比降1/2000，斷面凈尺寸為3m×4.3m（寬×高）。

2隧洞設計方案

2.1隧洞

電站輸水隧洞布置于河道左岸，輸水隧洞線路長5380m（含明涵），隧洞采用城門洞形斷面，為無壓隧洞。隧洞設計比降1/2000，斷面凈尺寸為3m（寬）×4.3m（高）。考慮到隧洞地質的不確定性，設計采用兩種主要襯砌形式，隧洞進出口及不良地質段落隧洞底板采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200mm，側墻和拱頂采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度400mm，拱頂襯砌后，進行回填灌漿處理；其余隧洞斷面底板及側墻采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200mm，拱頂采用C25細石混凝土噴護，噴護厚度80mm。為降低外壓對隧洞襯砌斷面的影響，隧洞沿線拱頂徑向均布置φ50mm排水孔。隧洞施工采用鉆爆法施工。1號隧洞樁號0+000~0+980，長980m，為便于施工，增加工作面，根據地形條件，在樁號0+980處，設計有1號支洞，同時為便于出渣和排煙，支洞斷面尺寸與主洞斷面尺寸相同，工程結束后將支洞進行封堵。2號隧洞樁號0+980~2+930，長1950m，樁號2+930處為一條小溝道，常年有水，此處設計為1號明涵，明涵長度為60m，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號隧洞樁號2+930～4+140，長1210m，樁號4+140處為一條小溝道，季節性有水，此處設計為2號明涵，明涵長度為80m，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號隧洞樁號4+140~5+380，長1240m，樁號5+380處接入前池。

2.2明涵

1號明涵位于樁號2+930處，溝道內常年有水，設計此處為隧洞施工時的一個進口工作面，為保證隧洞常年能夠施工，需要做施工導流，根據地形條件及溝道洪水計算結果，設計在溝道內修建M7.5漿砌石圍堰，漿砌石基礎坐落于基巖上，圍堰長62.5m、高度為4.5m，頂寬1.0m，臨水側坡比為1∶0.25，背水側鉛直[2]。2號明涵位于樁號4+140處，季節性有水，設計此處亦為隧洞施工時的一個進口工作面，為保證隧洞常年能夠施工，此處亦需要做施工導流，根據地形條件及溝道洪水計算調查結果，設計在溝道內修建M7.5漿砌石圍堰，漿砌石基礎坐落于基巖上，圍堰長35.2m、高度為3.0m，頂寬0.8m，臨水側坡比為1∶0.25，背水側鉛直[2]。明涵施工采用土石方明挖進行施工，完成后進行回填，恢復溝道地形原貌。

3存在問題

該水電站為低壩徑流引水式電站，輸水隧洞線路較長，因最大因素。受地形條件影響，隧洞采用鉆爆法施工，同時受工作面限制，出渣和通風排煙困難較大，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工作面同時進行施工，按照此設計方案，考慮到汛期洪水的影響，共有六個工作面可以常年進行施工。但是，汛期雖然有圍堰進行施工導流，在汛期施工時，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束時方可進行，同時由于受洪水影響，導流難度較大，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劃，直接影響著工程進度。為了保證施工安全，同時加快施工進度，根據地形、地質、洪水等實際情況，需要對原設計方案進行優化。

4方案優化

4.1優化思路

針對原設計方案中工期較長和施工時受洪水的影響的兩個問題，設計方案優化時，重點對其解決。為縮短隧洞施工工期，經過對地形、地質、洪水等實際情況的認真研究和反復論證，將1號明涵與2號明涵處原各一個工作面變為各兩個工作面，即將原設計的六個工作面增加至八個工作面。為了減小洪水的影響，取消原設計中在溝道處的明涵，變為隧洞，在溝道中不出現土石方明挖，即可避免施工時洪水的影響。

4.2設計方案的優化

依據優化思路，設計考慮取消原設計的1號明涵與2號明涵，同時在1號明涵與2號明涵溝道附近各增加一條支洞。2號支洞設計，根據地質勘察結果及地形條件，原設計的1號明涵在穿越溝道時，此處巖體最小覆蓋厚度為3.2m，溝道內基巖裸露，巖性為大理巖夾千枚巖，裂隙不發育，圍巖比較穩定，圍巖類別為Ⅱ類，圍巖堅固系數（f）為6~8，成洞條件較好，優化后設計2號支洞位于原設計的1號明涵溝道內靠近主洞上游側，樁號2+900，支洞長65m，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。工程結束后進行封堵。調整后，主洞穿越溝道施工時，宜邊開挖邊支護，為保證后期此段隧洞使用的安全，主洞穿越溝道段急時襯砌，襯砌方式同原主洞全斷面襯砌設計方案[2]即底板采用C25素混凝土襯砌，襯砌厚度200mm，側墻和拱頂采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度400mm，拱頂襯砌后，進行回填灌漿處理。3號支洞設計，根據地質勘察結果及地形條件，原設計的2號明涵在穿越溝道時，此處巖體最小覆蓋厚度為4.5m，溝道內基巖裸露，巖性為微風化~新鮮的結晶灰巖，巖層結構面緊密，裂隙多閉合，巖塊致密堅硬，該段圍巖總體基本穩定，圍巖類別為Ⅱ類，圍巖堅固系數（f）為8，成洞條件較好，優化后設計3號支洞位于原設計的2號明涵溝道內靠近主洞下游側，樁號4+200，支洞長86m，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。工程結束后進行封堵。調整后，主洞穿越溝道施工時，亦邊開挖邊支護，為保證后期此段隧洞使用的安全，主洞穿越溝道段急時襯砌，襯砌方式同原主洞全斷面襯砌設計方案[3]。

5優化后方案的可行性

對優化的方案與原設計方案進行對比，優化后的方案，取消了明涵的施工，減少了土石方明挖的工程量，減少了對植被的破壞，減少了水土流失，減少了溝道施工導流設施，減少了溝道洪水對隧洞施工的干擾和安全隱患，保證了隧洞施工的安全性，同時增加了隧洞施工的工作面，可以縮短隧洞施工工期。優化后的方案中增加了支洞，表面上工程費用有一定的增加，但經過與原方案比較，取消的明涵施工，減少的土石方開挖，減少溝道臨時施工導流等的費用與之相比較，相差不大，同時又可以保證隧洞全年施工，且不用再受溝道洪水的侵擾，又可以縮短工期，優勢比較明顯，優化后的方案切實可行。

6結語

由于受地形條件的限制，本電站的輸水隧洞均較長（980m~1950m），隧洞的施工工期直接影響著電站的發電效益，因此，需要盡可能縮短隧洞施工工期。本文通過對隧洞原設計方案從地形、地質、洪水影響、工期安排、造價等綜合因素分析研究后，對設計方案進行了優化，同時分析了其可行性。后期通過科學管理，合理安排施工，工程付諸實施后，能高效、安全、經濟和成功的實現預定目標，爭取電站盡早投入運行，早日發揮效益。

作者:趙杰斐 單位:陜西省漢中市水利水電建筑勘測設計院

參考文獻

［1］GB50071-2014，小型水力發電站設計規范[S].

［2］SL379-2007,水工擋土墻設計規范[S].

［3］SL279-2016水工隧洞設計規范[S].