夾巖水利樞紐及黔西北供水工程金沙分干渠隧洞設計

李帥+聶乾++陳學義+楊訓

摘 要：金沙分干渠隧洞設計中，在充分借鑒當地類似工程的成功經驗和實測資料的基礎上，結合金沙分干渠整體布置，對分干渠8座隧洞的洞型、結構、支護等進行了詳細計算分析和設計優化，提高了工程建設投資經濟效益和安全性，為工程順利施工建設提供了重要技術指導設計方案。

關鍵詞：隧洞；結構設計；灌漿

1 工程概況

貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程位于貴州省畢節市及遵義市境內。工程的任務以供水和灌溉為主，兼顧發電，并為區域扶貧開發及改善生態環境創造條件。灌區骨干輸水工程由總干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管線、支渠，以及灌區骨干泵站等組成。金沙分干渠總體由北西走向南東，起點接北干渠末端位于金沙縣城關鎮賴關，終點位于長壩鄉新化村但家灣處，途經姚家灣、川主廟、牌坊巖、田坎、八侖溝、大麻窩、上馬坪等地，渠線總長35.893km，其中，明渠長17.221km、渡槽0.723km/6座、隧洞6.221km/8座、倒虹管11.728km/12座。渠首底板高程1178.17m，渠末底板高程1130.702m，落差47.468m，綜合水力坡降1.32‰。

2 金沙分干渠隧洞設計

2.1 隧洞布置

金沙分干渠在穿越高地（山）及布置渠道繞線不經濟時，共布置隧洞8座，總長6.221km。隧洞設計流量為3.2～5.7m3/s，長度為0.216km～2.099km，底坡均為1：1000，糙率n為0.014，洞寬1.6～2.0m，洞高2.062～2.527m，均采用城門洞型。

2.2 隧洞結構設計

金沙分干渠8座隧洞，均采用城門洞型，C25鋼筋混凝土全斷面襯砌，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ圍巖洞段襯砌厚度分別為0.2m、0.3m、0.3m。

（1）姚家溝隧洞長427m，為無壓流，隧洞進口接金沙分干渠渠道（樁號4+788），出口接川主廟倒虹管，隧洞設計流量Q=5.7m3/s，加大流量Q=7.052m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.527m，進口底板高程1172.928m，出口底板高程1172.461m，設計水深1.714m，加大水深2.048m，隧洞最大埋深62m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（2）長田隧洞長216m，是金沙分干渠上最短隧洞，為無壓流，隧洞進口接金沙分干渠渠道（樁號17+472），出口接馬坎渡槽，隧洞設計流量Q=5.4m3/s，加大流量Q=6.708m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.427m，進口底板高程1154.724m，出口底板高程1154.440m，設計水深1.642m，加大水深1.970m，隧洞最大埋深30m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（3）沙家隧洞長1150m，為無壓流，隧洞進口接金沙分干渠渠道（樁號18+217），出口接金沙分干渠渠道（樁號19+367），隧洞設計流量Q=5.4m3/s，加大流量Q=6.708m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.427m，進口底板高程1154.064m，出口底板高程1152.864m，設計水深1.642m，加大水深1.970m，隧洞最大埋深90m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（4）曼家溝隧洞長348m，為無壓流，隧洞進口接灰溝倒虹管，出口接金沙分干渠渠道（樁號25+053），隧洞設計流量Q=5.0m3/s，加大流量Q=6.129m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=2.0×2.277m，進口底板高程1148.449m，出口底板高程1148.057m，設計水深1.544m，加大水深1.835m，隧洞最大埋深102m，隧洞洞身位于地下水位以上。

（5）大麻窩隧洞長2093m，是金沙分干渠上最長隧洞，為無壓流，隧洞進口接金沙分干渠渠道（樁號28+534），出口接金沙分干渠渠道（樁號30+627），隧洞設計流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=1.6×2.062m，進口底板高程1144.204m，出口底板高程1142.055m，設計水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深165m，最大外壓水頭103m。

（6）木蓑衣隧洞長501m，為無壓流，隧洞進口接金沙分干渠渠道（樁號30+859），出口接金沙分干渠渠道（樁號31+360），隧洞設計流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=1.6×2.062m，進口底板高程1141.783m，出口底板高程1141.213m，設計水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深72m，最大外壓水頭23m。

（7）灣子隧洞長528m，為無壓流，隧洞進口接申家寨倒虹管，出口接上馬坪倒虹管，隧洞設計流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=1.6×2.062m，進口底板高程1138.249m，出口底板高程1137.657m，設計水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深99m，最大外壓水頭20m。

（8）田坎寨隧洞長958m，為無壓流，隧洞進口接金沙分干渠渠道（樁號33+852），出口接金沙分干渠渠道（樁號34+810），隧洞設計流量Q=3.2m3/s，加大流量Q=3.907m3/s，底坡1/1000，斷面尺寸：B×H=1.6×2.062m，進口底板高程1135.217m，出口底板高程1134.180m，設計水深1.391m，加大水深1.640m，隧洞最大埋深113m，最大外壓水頭42m。

2.3 隧洞一次支護設計

Ⅲ類圍巖洞段采用隨機錨桿作為臨時支護，錨桿直徑為22mm，長度2～3m，布設于頂拱部位。Ⅳ類圍巖洞段采用系統錨桿+掛網噴砼作為臨時支護，錨桿直徑為22mm，長度2～3m，間距1.5m，排距1.5m，布設于頂拱部位；鋼筋網為φ8@200，噴砼強度等級C20，厚度10cm。Ⅴ類圍巖洞段采用系統錨桿+掛網噴+鋼支撐砼作為臨時支護，錨桿直徑為22mm，長度2～3m，間距1.5m，排距1.5m，布設于邊墻及頂拱部位；鋼筋網為φ8@200，噴砼強度等級C20，厚度10cm；鋼支撐采用14號工字鋼，間距0.8m。

2.4 隧洞灌漿及水力計算設計

隧洞頂部120°范圍內采用回填灌漿，灌漿孔間、排距3m，呈梅花形布置，灌漿孔伸入圍巖10cm。金沙分干渠隧洞均為長隧洞，斷面型式城門洞形，按明渠均勻流公式計算[1]，8條無壓隧洞水力計算成果表明：隧洞各水力要素均符合設計規范要求。

2.5 隧洞結構計算復核

結構計算采用理正巖土系列軟件5.1版隧洞襯砌計算。計算工況考慮運行期及施工期。金沙分干渠選擇以大麻窩隧洞結構計算為例，其計算成果為：典型計算中的大麻窩隧洞，其運行工況下最大彎矩值為100.5kN.m，灌漿工況下最大彎矩值為75.3kN.m；運行工況下最大剪力值為90.66kN，灌漿工況下最大剪力值為102.3kN；運行工況下裂縫寬度為0.09mm，灌漿工況下裂縫寬度為0.16mm。

經計算，8個隧洞襯砌材料均為C25鋼筋混凝土，參考《水工隧洞設計規范》（SL279-2002）及《水工隧洞的設計理論和計算》等進行設計，隧洞襯砌設計符合設計規范要求。

3 結束語

水工隧洞是構筑于巖體中的建筑物，由于地質條件千差萬別，圍巖本構關系較復雜，難以準確定量進行評價描述，給隧洞設計帶來很大困難。結合金沙分干渠整體布置，對8座隧洞的洞型、結構參數、支護方式等方面進行了探討和研究，目前工程已經通過各級專家審查，正在進行施工建設。

參考文獻

[1]康金橋，楊火平，史學濤.沐若水電站引水隧洞設計與施工[J].人民長江，2013，44（8）：60-63.