猴子巖水電站導流隧洞洞身復合襯砌結構設計

梁娟，張有山，張羅彬

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，工程的主要任務為發電，無其它綜合利用要求。水庫正常蓄水位高程1842 m，相應庫容6.62億m3，總庫容7.06億m3，死水位高程1802 m，調節庫容3.87億m3，電站裝機容量1700 MW(425 MW×4臺)。大壩壩頂高程1848.5 m，河床段趾板建基面高程1625 m，最大壩高223.5 m。本工程初期導流設計洪水標準采用50年洪水重現期，相應導流設計流量為5590 m3/s。為滿足工程施工導流需要，共布置了兩條導流隧洞。兩條導流隧洞均布置在左岸，靠河側為1號導流洞，靠山側為2號導流洞;1號導流隧洞長度為1552.771 m，堵頭段以下與非常泄洪洞結合;2號導流隧洞長1979.238 m。1號、2號導流隧洞過流斷面尺寸均為13 m×15 m(寬×高)，進口高程為1698 m，出口高程為1693 m。

2 導流隧洞工程地質條件

導流隧洞工程區巖體為志留系上統(S3)～泥盆系下統(D1)變質碳酸鹽巖、絹云母石英白云片巖、泥質結晶白云巖等，其中以泥盆系下統(D1)變質碳酸鹽巖為主。導流洞工程區無區域性斷裂通過，地質構造以次級小斷層、擠壓破碎帶、節理裂隙為特征。其中規模較大的斷層主要有F0、F3，為Ⅱ級結構面，FS-1斷層為Ⅲ級結構面。

3 導流隧洞結構設計

3.1 隧洞初期支護措施

根據導流隧洞地質條件、運行條件和施工條件，對導流隧洞洞身采用錨噴、掛網、鋼格柵等單一或組合支護為初期支護，鋼筋混凝土襯砌為二次支護。初期支護參數參照《水工隧洞設計規范》(DL/T5195-2004)附錄F 采用工程類比法確定，施工過程中根據開挖揭示的地質條件進行動態調整。導流隧洞不同圍巖類別初期支護參數見表1。

表1 導流隧洞洞身圍巖初期支護參數表

3.2 隧洞襯砌結構設計

(1)荷載分析。

導流隧洞襯砌混凝土的設計荷載主要為山巖壓力、襯砌自重、內水壓力、外水壓力及灌漿壓力。

(2)荷載組合與計算工況。

設計工況分為施工期、運行期與封堵期3個階段，各階段的荷載組合見表2。

表2 導流隧洞荷載組合表

(3)設計計算參數。

①由于Ⅲ類圍巖巖體完整性較好，構造和節理發育較小且產狀對隧洞穩定影響較小，Ⅳ及Ⅴ類圍巖節理裂隙相對發育，局部穩定性差，尤其是Ⅴ類圍巖層間擠壓破碎帶發育，圍巖不穩定。雖然在施工過程中采取了噴錨、格柵鋼拱架等加固措施，但主要考慮其作為臨時支護，只保證施工期圍巖基本穩定及施工安全。故按照《水工建筑物荷載設計規范》(DL 5077-1997)中的相關規定，Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ類圍巖垂直均布壓力分別為0.1γRB、0.2γRB 及0.3γRB，水平均布壓力分別為0、0.05γRH 及0.1γRH;Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ類圍巖彈性抗力系數分別為3250 MPa/m、2250 MPa/m 及250 MPa/m。

②內水壓力。根據設計流量下導流隧洞壓力水頭分段確定。

③外水壓力。施工期和運行期根據天然地下水位確定;封堵期堵頭前按庫水位高程1802 m計，堵頭后仍根據天然地下水位確定。作用在鋼筋混凝土襯砌結構上的外水折減系數βe 根據圍巖地下水活動情況、結合所采用的排水措施，按照《水工隧洞設計規范》(DL/T5195-2004)中附錄H 選取。

(4)襯砌厚度及配筋。

利用理正軟件，按《水工隧洞設計規范》(DL/T5195-2004)推薦的邊值法對洞身襯砌進行結構設計計算。經過襯砌結構內力計算，在完成圍巖初期支護的條件下，分段采取不同的襯砌型式，襯砌配筋計算成果見表3。

表3 導流隧洞襯砌結構配筋計算成果表

4 結語

從現場導流隧洞實際施工情況看，設計成果符合現場設計地質情況。但在實際施工過程中，對于層間錯動帶寬、層面裂隙發育、巖塊間結構松散、自穩能力較差的洞段，在開挖支護過程中，一定要遵循“小進尺、弱爆破、及時支護”的原則，絕不能冒進求快。在架設格柵鋼拱架時，應確保各段間的連接質量以及其與巖體間的良好結合。對于格柵鋼拱架與巖壁間的空隙，應及時采用噴混凝土、回填混凝土等措施充填，以增加頂拱巖體的切向位移阻力，消除巖體的位移空間。