灌区小断面短隧洞改造中的洞线方案设计.pdf
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1、 年第 期水利技术监督建设与管理:/灌区小断面短隧洞改造中的洞线方案设计王 凯(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司 甘肃 兰州)摘要:灌区改造项目中 很多隧洞的衬砌老化破损严重 是项目实施的重点 对于小断面短隧洞的改建设计 拟定洞线是极易忽视的关键环节 须基于隧洞断面、一次支护及二衬措施 全面考量隧洞围岩条件、洞线地形地质条件、地上及地下构筑物影响、灌溉期对工期限制等问题 确定安全可行的洞线方案 文章以引大灌区改造项目中 座典型隧洞为例 研究灌区小断面短隧洞洞线方案设计中的关键制约因素 可为类似项目提供借鉴关键词:灌区 隧洞 洞线方案中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简
2、介:王 凯(年)男 工程师:概况引大入秦工程是将大通河水跨流域调至兰州市以北 多公里处的秦王川地区的一项大型跨流域调水工程 工程等别为等、规模为大()型 引大灌区所辖 条支渠运行近 年来未进行系统改造 各类病险问题日益严重 以“十四五”灌区改造项目对其中部分支渠的“卡脖子”段进行改造提升灌区灌溉保障能力 支渠设计加大流量均小于/主要建筑物级别为 级 隧洞总计 座本次改造 座 文章以其中 座典型隧洞为例研究灌区小断面短隧洞改造的洞线方案设计 隧洞现状情况及改造内容根据设施调查评估报告 及现场踏勘情况、隧洞的原横断面均为城门洞(圆拱直墙)型式 断面尺寸为 (宽 高)采用预制砖砼勾缝衬砌、厚度 主体
3、衬砌结构老化破损严重、局部洞段甚至存在衬砌缺失情况 同时沉陷变形严重、洞顶塌落、风化掉块 后续无法长时间安全运行 故对其主体衬砌结构实施改建 隧洞基本工程地质条件、隧洞地处黄土覆盖的中低丘陵区 隧洞最大埋深 横穿黄土梁布置 进出口段布置于山梁两侧发育的冲沟沟谷中及山体坡脚部位 沟谷宽 地面自然坡降为/谷底多为已开垦的阶梯状耕地隧洞围岩条件较差 涉及到的地层岩性有上更新统风积()马兰黄土 中更新统洪积()离石黄土 新近系中新统()泥岩 隧洞围岩分类采用引调水线路工程地质勘察规范附录、附录 围岩工程地质分类标准 马兰黄土属黄土类围岩 离石黄土属黄土类围岩 泥岩属基岩类围岩 洞身围岩中地下水埋深大
4、对隧洞无影响 改造方案 隧洞横断面确定本次隧洞改建维持采用简单的城门洞(圆拱直墙)型式横断面 无通航要求的低流速无压隧洞中若通气条件良好 洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的 净空高度不应小于 隧洞横断面尺寸须通过加大流量时满足上述要求纵坡依据能量方程推算的水面线 同时保证与进出口渠道顺接如果维持原断面尺寸 拆除原衬砌、一次支护、二次衬砌过程中通风、运输、扩挖、浇筑等施工难度较大 且根据水工隧洞设计规范相关规定 非圆形断面的高度不宜小于 、宽度不宜小于 类比同类项目实施情况 本次采用建设与管理水利技术监督 年第 期 的隧洞断面满足规范要求 隧洞一次支护及二次衬砌隧洞一次支护及二次衬砌断面
5、均为城门洞型式 明洞只需开挖后采用隧洞二次衬砌断面浇筑根据围岩类型的不同 洞内一次支护形式有所不同 如图 所示 见表 二次衬砌采用现浇 钢筋砼厚 浇筑时预埋回填灌浆管 伸入基岩 排距 每排 孔 梅花型布置 衬砌砼浇筑完成后顶拱范围做回填灌浆处理 使衬砌砼与围岩紧密结合 隧洞净宽 侧墙高 顶拱半径 顶拱圆心角 如图 所示图 一次支护横断面设计图 典型隧洞的洞线方案比选隧洞洞线方案须根据具体情况逐个拟定主要图 二次衬砌横断面设计图考虑原址拆除扩建方案、改线新建隧洞方案 本次支渠改造涉及的隧洞围岩条件均较差 且工期紧迫 施工安全、施工进度是主要难点原址拆除扩建方案中 一次支护循环推进时需先做超前钢管
6、管棚 再拆除原衬砌后扩挖横断面 存在施工难度较高、风险较大、进度较慢的问题 与改线新建隧洞方案相比 原址扩建方案的超前钢管管棚及回填混凝土使用量较多 但洞挖土石方较少 改线新建隧洞方案及原址扩建方案的每延米主要工程投资分别为 万元、万元差距微弱 不构成方案比选的关键因素 进而选取以下 座典型隧洞 研究灌区小断面短隧洞的洞线方案设计中存在哪些不容忽视的制约因素 隧洞洞线方案原 隧洞长 本次改造仅有 天灌溉间歇期可供施工 若采用原址扩建方案 对照类似项目施工进度 即使洞进出口同时展开工作面 也无表 隧洞一次支护方案一次支护措施 类离石黄土 类马兰黄土类泥岩钢拱架紧贴岩面架设 全封闭系统钢拱架 (两
7、榀钢拱架之间设、环向间距 的连接筋)顶拱 范围内设置锚杆(筋)、长 、排距 、每排 根梅花布置的系统挂网锚筋、长 、排距 、每排 根梅花布置的系统水泥基药卷锚杆挂网喷砼顶拱及侧墙喷 厚 砼 顶拱及侧墙喷砼层中部设 钢筋网钢管管棚方案无加强段系统采用 洞身段必要时采用 管棚方案为顶拱 范围钢拱架腹板上以外倾角 架设 超前钢管管棚 钢管长 环向间距 洞底垫层开挖过程中 洞底非淤泥时应及时铺设 厚水泥土垫层 洞底淤泥时应及时铺设 厚砂砾石垫层 并采用块石挤密(当淤泥层厚 时 块石挤密厚 当淤泥层厚 时 块石挤密与淤泥层同厚)年第 期水利技术监督建设与管理法按期完工 势必阻碍灌溉输水 采用改线新建隧洞
8、方案 在灌溉期时 新线照常施工 通过原隧洞输水原 隧洞及上下游渠道基本顺直 其左侧靠近山脊 右侧靠近山沟 改线线路选取埋深较大地质条件较好的左侧 与原隧洞轴线距离不小于 改线后 隧洞长 隧洞上、下游采用现浇矩形渠连接原渠线 如图 所示 隧洞洞线方案原 隧洞长 横穿黄土支梁 进出口位于黄土坡脚 洞身岩性为类()洪积离石黄土 洞进出口段岩性为类()风积马兰黄土原 隧洞出口两侧黄土边坡表面存在拉张裂缝 且有不断扩大趋势 存在边坡失稳可能 其中 原隧洞出口右侧边坡上部存在长约 宽约 的弧形倾向边坡外部的裂缝 裂缝倾角 不等 原 隧洞出口及明渠段左侧黄土山体在当初建设时开挖削坡形成 不等的边坡高达 边坡
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