秀峰水庫隧洞輸水方式選擇

劉杰 楊以亮

貴州省黔南州水利水電勘測設計院 貴州 都勻 558000

正文：

一、工程概況

秀峰水庫位于貴州省黔南州獨山縣基長鎮，壩址距離獅然村約1.5km，距基長鎮約15km，距離獨山縣約32km，距都勻市約98km，交通條件較為便利。水庫徑流匯集面積6km2，總庫容259萬m3，正常蓄水位931m，工程等別為Ⅳ等，工程規模為小（1）型。水庫建成后，聯合上道水廠，可解決基長鎮45230人（設計水平年）飲水問題及12358頭大牲畜25879頭小牲畜飲水問題，設計水平年供水量238萬m3。水庫大壩為C15砌石混凝土重力壩，最大壩高40.5m。

二、隧洞布置

秀峰水庫隧洞進口位于大壩下游約50m處的左岸坡，出口位于打顯寨子西側山腳，進出口大體垂直等高線布置，隧洞整體呈一直線，隧洞洞身段長2565m。本工程需要提水，隧洞為無壓隧洞，洞身采用城門洞型斷面，凈寬2.5m，凈高2.7m，頂拱中心角為120°，進口底板高程904.8m，出口底板高程904m，隧洞底坡i=0.0003。

三、隧洞地質條件

隧洞沿線地層為石炭系下統巖關組革老河段（C1y1）深灰、灰黑色中厚層灰巖夾鈣質泥頁巖，巖性為中硬巖夾軟質巖，隧洞最大埋深172.4m，洞身段大部分位于地下水位線以下。其中Ⅲ類圍巖段長度為768.8m，局部圍巖穩定性差，可能產生塑性變形，暫時穩定，開挖后采用噴混凝土、系統錨桿或剛性支護；Ⅳ類圍巖段長度為1240.4m，工程地質條件較差，圍巖自穩時間較短，拱頂易坍落變形，時間效應較明顯，可能產生較大的變形破壞，開挖后需采用噴混凝土、系統錨桿或剛性支護；Ⅴ類圍巖段長度為555.8m，工程地質條件較差，圍巖自穩時間較短，拱頂易坍落變形，時間效應較明顯，可能產生較大的變形破壞，開挖后需采用噴混凝土、系統錨桿或剛性支護。

建議圍巖參數值：Ⅲ類圍巖，γ=2.5g/cm3，K0=10MPa/cm，φ=30°，C=1.0MPa，E=0.5GPa，μ=0.35，βe=0.4；Ⅳ類圍巖,γ=2.3g/cm3，K0=5MPa/cm，φ=35°，C=0.4MPa，E=5.0GPa，μ=0.29，βe=0.3；Ⅴ類圍巖，γ=2.1g/cm3，K0=1MPa/cm，φ=30°，C=0.1MPa，E=0.5GPa，μ=0.35，βe=0.2。

四、隧洞輸水方式比選

本工程隧洞為無壓隧洞，進口處為水池，出口接輸水管道，選擇隧洞穿管輸水和隧洞明渠流輸水兩種方案進行比選，兩方案洞線及洞身型式一致。

1、隧洞穿管方案

隧洞穿管輸水方案Ⅲ類圍巖段底部采用0.2m厚C20混凝土找平，直墻及頂拱采用80mm厚C20噴護；Ⅳ類、Ⅴ類圍巖段采用0.3m厚C25鋼筋砼全斷面襯砌；進口從泵站高位水池接DN400球墨鑄鐵管并沿洞線鋪設，出洞后接DN400球墨鑄鐵管輸水管線。

隧洞穿管方案洞身斷面示意圖如下：

本方案主要工程量為：土石方開挖27289 m3，洞身支護砼7361 m3，DN400球墨鑄鐵管2707m，鎮支墩砼640 m3。

2、隧洞明渠流方案

隧洞明渠流輸水方案Ⅲ類圍巖段底部及直墻段采用0.2m厚C20混凝土襯砌，頂拱采用80mm厚C20噴護；Ⅳ類、Ⅴ類圍巖段采用0.3m厚C25鋼筋砼全斷面襯砌，進出口均設水池，洞身與水池直接相連，由于過流流量較小僅0.1058m3/s，洞身可視為一個調節池，出口水池后接DN350球墨鑄鐵管。

隧洞明渠流方案洞身斷面示意圖如下：

本方案主要工程量為：土石方開挖28039 m3，洞身支護砼7701 m3，水池砌筑174 m3。

3、方案比選

兩方案工程布置相差不大，由于隧洞Ⅳ類、Ⅴ類圍巖段較長，洞內穿管方案在支護措施上節約的工程量有限，而穿管方案需在洞內鋪設管道，由于隧洞內空間有限，而單根DN400球墨鑄鐵管長6m，重約0.5t，施工難度較大；本隧洞長度較長，穿管方案后期運行檢查較困難，存在洞內缺氧等安全隱患，明渠流方案運行期基本無需檢查；穿管方案管道長度較長，水頭損失大，管道需要選擇400mm管徑才能滿足輸水要求，而明渠流方案洞身段可視為調節池，該段水頭損失可忽略不計，管道選擇350mm管徑即可滿足輸水要求；從工程投資來看，明渠流方案投資約2319萬，洞內穿管方案投資約2445萬，明渠流方案投資少126萬。

通過上述兩種方案對比可知，明渠流方案施工難度相對較小，運行管理方便，管系建筑物管徑較小方便施工，工程投資較少，因此推薦隧洞明渠流輸水方案。

五、結論

在滿足輸水要求的前提下，秀峰水庫輸水隧洞采用明渠流輸水方案，能有效減少輸水工程施工難度，減少工程建設工期，縮減工程投資，方便后期運行管理。目前秀峰水庫輸水隧洞設計采用明渠流輸水方案已通過專家審查并獲得相關部分批復。

水利工程建設對增加山區人民農業收入水平、提升人民生活幸福感具有重要作用，在工程設計中要從各個方面詳細分析比選，才能選出合適的設計方案，讓有限的資源發揮出更大的效益。